Brevet FR2546340A1 — publié le 19841123

Filtre hyperfréquence coupe bande accordable, de type coaxial, à résonateurs diélectriques. L'invention se rapporte au domaine des filtres hyperfréquences. Les faisceaux hertziens de grande de moyenne capacité comportent fréquemment des filtres hyperfréquences coupe bande dont le rôle est d'éliminer certaines perturbations à fréquence fixe, entre l'émission et la réception Ces filtres peuvent être réalisés en utilisant diverses technolo- gies: guide d'onde, ligne à ruban (microstrip), ligne coaxiale Pour les systèmes de faisceaux hertziens, il est généralement nécessaire que les filtres soient bien adaptés dans la bande passante, c'est-à-dire que leur taux de retour d'onde stationnaire (R O S) soit inférieur à 1 2, et qu'en même temps leur coefficient de surtension soit élevé En effet, les pertes d'insertion dues aux filtres doivent varier peu dans la bande passante, en particulier, au voisinage de la bande rejetée. Par ailleurs, il est également souhaitable de pouvoir déplacer de manière notable la fréquence d'accord du filtre En effet, un filtre standard pourra être conçu pour plusieurs canaux de la bande hyperfréquence, ce même filtre pouvant être centré sur l'un ou l'autre de ces canaux en fonction des besoins. Les filtres hyperfréquences coupe bande actuellement utilisés ne permettent pas d'obtenir simultanément ces diverses caractéristiques, hormis les filtres à cavités couplées à un guide d'onde Mais ces derniers ont une structure compliquée et des dimensions relativement importantes. L'utilisation récemment de résonateurs diélectriques placés dans une structure coaxiale a permis d'obtenir des filtres coupe bande plus performants ayant un faible encombrement Mais, pour des raisons qui seront expliquées ci-après, la plage d'accordabilité réelle des résonateurs dans une structure de ce type est très réduite, inférieure à 10 M Hz, du fait de l'apparition de résonances parasites dans la bande passante. L'invention a pour objet un filtre hyperfréquence coupe bande, de type coaxial, à résonateurs diélectriques, accordable dans une bande de fréquence supérieure ou égale à 50 M Hz. Selon l'invention un filtre hyperfréquence coupe bande accordable comportant un boîtier de section rectangulaire formant le conducteur extérieur d'une ligne coaxiale, un conducteur intérieur, et un ensemble de résonateurs diélectriques cylindriques placés à l'intérieur de la ligne et fixés par l'intermédiaire de supports sur une face du conducteur extérieur est caractérisé en ce que le conducteur intérieur a sensiblement la même forme et le même axe longitudinal que le conducteur extérieur, en ce que les résonateurs ont leurs axes parallèles au petit côté du conducteur extérieur et sont situés à proximité du conducteur intérieur, en ce que le conducteur intérieur a une largeur réduite à proximité des résonateurs, et en ce que les supports des résonateurs sont des vis en matériau diélectri- que, la fréquence centrale du filtre étant réglable par l'enfoncement variable des ensembles vis-résonateurs. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques appa- raîtront à l'aide de la description qui suit en référence aux figures annexées: La figure l est la fonction de transfert d'un filtre coupe bande, en fonction de la fréquence. La figure 2 est une coupe longitudinale dans le plan horizontal d'un mode de réalisation du filtre suivant l'invention. La figure 3 est une coupe transversale du filtre représenté sur la figure 1. La figure 4 est une coupe transversale d'un second mode de réalisation du filtre suivant l'invention. La figure l représente la caractéristique d'atténuation Ad B en fonction de la fréquence d'un filtre coupe bande centré sur la fréquence Fo, la largeur de bande rejetée étant B, et la bande passante du filtre s'étendant de part et d'autre de la bande rejetée jusqu'à F min vers les fréquences inférieures et jusqu'à Fmax vers les fréquences supérieures. Dans les filtres coupe bande de type coaxial, à résonateurs diélectriques utilisés jusqu'à présent, les résonateurs sont de forme cylin- drique et entièrement constitués de matériau diélectrique Afin de réaliser la fonction de filtrage souhaitée les résonateurs sont placés- sur des supports isolants, à proximité du conducteur intérieur d'une ligne coaxiale formée par ce conducteur et un conducteur extérieur formant boîtier Pour un environnement donné, les dimensions géométriques d'un résonateur sont déterminées pour obtenir une résonance en mode TE Ol La fréquence de cette résonance est inférieure à la fréquence centrale F O du filtre à réaliser Pour accorder ce filtre à la fréquence F, une vis métallique de même axe que le résonateur diélectrique et solidaire du boîtier est rapprochée du résonateur. Le coefficient de surtension des résonateurs placés dans une telle structure dépend de l'éloignement des parois du conducteur extérieur En effet une distance trop faible augmente les pertes par effet Joule sur ces parois Par ailleurs, du fait de ses dimensions géométriques et de sa forme, le conducteur extérieur constitue un tronçon de guide d'ondes dont les extrémités sont court-circuitées La propagation se fait dans ce guide d'ondes selon un axe perpendiculaire à celui de la ligne coaxiale La cavité résonnante ainsi formée désadapte la ligne coaxiale pour certaines fré- quences proches de la bande passante ou même situées dans cette dernière La première résonance parasite rencontrée dans le sens crois- sant des fréquences est fonction de la largeur totale 1 du conducteur extérieur La seconde résonance correspond à la distance d séparant le conducteur intérieur de la paroi la plus éloignée du conducteur extérieur. D'autres résonances apparaissent à des fréquences supérieures mais elles sont très éloignées de la bande passante L'enfoncement des vis métalli- ques qui permettent l'ajustement de la fréquence des résonateurs agit également sur la fréquence de ces résonances parasites, comme dans une cavité classique De ce fait, et comme indiqué ci-dessus, la plage d'accordabilité réelle des résonateurs dans une structure de ce type est très réduite, inférieure à 10 M Hz. Le filtre hyperfréquence accordable dans une large bande suivant l'invention permet d'éviter ces résonances parasites dans la bande pas- sante, il autorise donc l'accordabilité du filtre dans une plage de fré- quence nettement supérieure, au moins égale à 50 M Hz. Sur les figures 2 et 3 qui représentent des coupes d'un mode de réalisation de l'invention, le filtre coupe bande de type coaxial comporte un bottier métallique formant conducteur extérieur, 1, un conducteur intérieur, 2, de section rectangulaire (ou ellipsoidale), ayant approximati- vement le même axe géométrique que le conducteur extérieur 1 Les conducteurs intérieur et extérieur ont leurs grands et petits axes respecti- vement parallèles Des accès 3 et 4 permettent l'entrée et la sortie du filtre, entre ces deux conducteurs 1 et 2 Le filtre comporte en outre un certain nombre de résonateurs diélectriques cylindriques, tels que 5 qui modifient le champ électrique transmis par cette ligne coaxiale Ces résonateurs ont leurs axes parallèles à la petite dimension du conducteur extérieur Ces résonateurs sont placés à proximité du conducteur intérieur 1 de la ligne coaxiale La largeur L 1 du conducteur intérieur est réduite à L 2 au voisinage de chaque résonateur diélectrique L'ajustement de la fréquence d'un résonateur 5 est réalisé par une translation de celui-ci suivant son axe Pour cela, le résonateur diélectrique cylindrique est solidaire d'une vis 6 réalisée également en matériau diélectrique L'assem- blage du résonateur et de la vis s'effectue par collage: Le résonateur est collé sur la tête de la vis de préférence dans une disposition légèrement excentrée. Sans autre élement que ceux décrits jusqu'à présent, ce filtre coupe bande permet une accordabilité réelle d'environ 50 M Hz, pour un résonateur dont la fréquence de résonance est située à 4 G Hz L'intervalle de fréquence qui sépare les deux résonances parasites inférieures est égal à 700 M Hz. Mais ce filtre coupe bande peut en plus être amélioré en plaçant sur les parois intérieures du conducteur extérieur, à des endroits judicieu- sement choisis, un absorbant hyperfréquence Cet absorbant est placé sur la paroi latérale opposée à celle à proximité de laquelle est placé le résonateur diélectrique Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1 o les résonateurs diélectriques sont placés de part et d'autre du conducteur intérieur, l'absorbant hyperfréquence est placé alternati- vement de part et d'autre du conducteur intérieur, sur la face opposée à la face proche du résonateur Cette disposition n'est pas limitative et tous les résonateurs pourraient être disposés du même côté du conducteur intérieur Dans ce cas, l'absorbant hyperfréquence, d'une seule pièce, recouvre l'ensemble de la paroi latérale opposée aux résonateurs Le filtre hyperfréquence muni de cet absorbant permet d'éliminer la première résonance parasite fonction de la largeur 1 du conducteur extérieur, et modifie peu les pertes en transmission de la ligne coaxiale La bande d'accord d'un tel filtre, par les résonateurs correspondants, pour une fréquence centrale F O de 4 G Hz est d'environ 150 M Hz. La figure 3 représente en coupe transversale un second mode de réalisation du filtre hyperfréquence suivant l'invention La coupe longitu- dinale, suivant un plan horizontal de ce mode de réalisation du filtre suivant l'invention est semblable au schéma représenté sur la figure 1, duquel on aurait enlevé l'absorbant hyperfréquence. Dans ce cas, l'absorbant hyperfréquence est disposé dans les faces latérales du bottier lui-même, qui est alors formé en coupe transversale d'un U conducteur et d'un couvercle également conducteur séparé du U par deux bandes d'absorbant hyperfréquence 8 et 9 La continuité électri- que du conducteur extérieur est assurée par les deux plaques d'extrémité du boîtier Les pièces 8 et 9 en absorbant hyperfréquence permettent d'éliminer les deux résonances parasites inférieures Cependant ces pièces diminuent sensiblement le coefficient de surtension du résonateur L'ac- cordabilité de ce type de filtre, pour une fréquence centrale F O de 4 G Hz est voisine de 200 M Hz, et la première résonance parasite rencontrée dans l'ordre croissant des fréquences est située à 5,5 G Hz. Ainsi, le filtre suivant l'invention qui comporte un conducteur intérieur de section rectangulaire ou ellipsoidale, dont la largeur est réduite au voisinage des résonateurs diélectriques, et dont les résonances parasites peuvent être supprimées par de l'absorbant hyperfréquence judicieusement placé, permet d'augmenter sensiblement la gamme d'ac- cord du résonateur, tout en gardant une structure simple Le coefficient de surtension de ce type de filtre reste élevé, les pertes par réflexion sont diminuées du fait de l'absorbant hyperfréquence, et les conditions de couplage entre les résonateurs varient peu. REVENDICATIONS 1 Filtre hyperfréquence coupe bande accordable comportant un boîtier de section rectangulaire formant le conducteur extérieur ( 1) d'une ligne coaxiale, un conducteur intérieur ( 2), et un ensemble de résonateurs diélectriques ( 5) placés à l'intérieur de la ligne et cylindriques fixés par l'intermédiaire de supports sur une face du conducteur extérieur, caracté- risé en ce que le conducteur intérieur a sensiblement la même forme et le même axe longitudinal que le conducteur extérieur, en ce que les résonateurs ( 5) ont leurs axes parallèles au petit côté du conducteur extérieur ( 1) et sont situés à proximité du conducteur intérieur ( 2), en ce que le conducteur intérieur ( 2) a une largeur réduite (L 2) à proximité des résonateurs, et en ce que les supports ( 6) des résonateurs sont des vis en matériau diélectrique, la fréquence centrale du filtre étant réglable par l'enfoncement variable des ensembles vis-résonateurs. 2 Filtre hyperfréquence selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conducteur intérieur ( 2) a une section rectangulaire ou ellipti- que. 3 Filtre hyperfréquence selon la revendication 1, caractérisé en ce que les résonateurs ( 5) successifs à l'intérieur de la ligne coaxiale sont disposés de part et d'autre du conducteur intérieur ( 2). 4 Filtre hyperfréquence selon la revendication 3, caractérisé en ce que des plaques ( 7) de matériau absorbant hyperfréquence sont placées contre les faces latérales intérieures du conducteur extérieur, du côté opposé à chacun des résonateurs. Filtre hyperfréquence selon la revendication 1, caractérisé en ce que les résonateurs ( 5) successifs à l'intérieur de la ligne coaxiale sont alignés d'un côté du conducteur intérieur ( 2). 6 Filtre hyperfréquence selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une plaque ( 7) de matériau absorbant hyperfréquence est placée contre la face latérale intérieure du conducteur extérieur ( 1) opposée à la face située à proximité des résonateurs. 7 Filtre hyperfréquence selon l'une quelconque des revendications 3 et 5, caractérisé en ce que le boîtier comporte au moins une bande ( 8, 9) en absorbant hyperfréquence, sur une face latérale, parallèle à l'axe longitudinal, qui rompt la continuité électrique du boîtier dans les plans perpendiculaires à cet axe longitudinal.