Brevet FR2548846A1 — publié le 19850111

CIRCUIT-RESOINATEUR ACCORDABLE D'UNE MANIERE DISCRETE SUR UNE PLUALITE DE FREQUENCES D'ACCORD ET FILTRE COMPORTANT AU MOINS UN TEL CIRCUIT L'invention eoncerne un circuit-résonateur accordable d'une manière disorête sur une pluralité de frequences d'accord comportant au moins un accès Four âtre connecté a une ligne de transmission transmettant des signaux à filtrer, une ligne principale sur laquelle est branchéee au moins wun circuit réactif variable constitue a partir d'un élément de corriutation commande par tension. L'invention concerne aussi un filtre comportant au moins un tel circuit. Un tel filtre peut trouver des applications importan10 tes notamment dans les systèmes d'érission-réception utilisant la modulation par évasion de fréquence (FREQUE Ni CY HIOPPING) Le filtre connecté en sortie de l'émetteur ou a l'entrée des récepteurs doit suivre l 'évolution rapide des changements de fréquence Pour suivre un tel rythme, il est possible d'utiliser comme éléments de eommuta15 tion des diodes P I N. Un Dremier circuit-resonateur de ce genre est déerit dans le brevet des Etats-l 7 nis d'Am 4 érique délivré sous le numero 3 417 351 Dans ce cireuit- résonateur le circuit réactif variable est simplement constitué par ine diode P I N considérée, à la fré20 quence de travail ( 3 G Hz), comme un élément résonnant série à 'l'état ouvert et comme un élément selfique à l'état fermé Les fréquences d'accord de ce circuit d'accord sont tributaires des caractéristiques des diodes utilisées et la conception d'un tel circuit passe tout d'abord par la mesure des diodes P I N que l'on va utiliser. 25 La ligne prineipale de ce circuit-résonateur est branchée directement sur la ligne d'alimentation qui véhicule les signaux à filtrer Il en résulte un coefficient de surtension très peu élevé pour l'applieation envisagée. On connait également un deuxième clrcuit-résonateur 30 de ce type décrit dans la demande de brevet français n 2 495 844. Dans ce circuit connu, réalisé à partir d'une ligne coaxiale, les éléments réactifs sont obtenus par des modifications de structures de l'âme de la ligne coaxiale. La présente invention propose un circuit du genre mentionné dans le préambule qui, d'une part, est moins tributaire des caractéristiq es des élments de commutation et qui présente un meilleur coefficient de surtension que le pranier circuit-résonateur connu et qui, d'autre part, est d'une structure bien plus facile à réaliser que le deuxieme circuit-résonateur connu. Pour cela, un circuit-résonateur accordable d'une manière discrète sur une pluralité de fréquences d'accord est remarquable en ce que chaque circuit réactif variable est constitué par une ligne secondaire connectée à la ligne principale par ledit élément de commutation. La description suivante accompagnée des dessins ciannexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente en vue éclatée un circuitrésonateur accordable conforme à l'invention. Les figures 2 à 8 représentent différents schémas électriques destinés à expliquer le fonctionnement du circuitrésonateur conforme à l'invention. La figure 9 représente deux vues en coupe du circuitrésonateur de la figure 1. La figure 10 représente un filtre formé de plusieurs circuits-résonateurs conformes à l'invention. La figure 11 montre un circuit de couplage en boucle convenant pour un circuit-résonateur conforme à l'invention. La figure 1 représente un circuit-résonateur conforme 30 à l'invention réalisé en lignes triplaques Ce circuit-résonateur est formé à partir d'une ligne principale 1 dont la longueur est pratiquement inférieure au quart de la longueur d'onde correspondant à la fréquence la plus élevée sur laquelle le circuit-résonateur peut se régler Cette ligne I est formiée par un ruban déposé 35 sur une plaque isolante de circuit imprimé 2 de la plus faible épaisseur possible Cette plaque est déposée dans un bottier métallique que l'on a, sur la figure 1, représenté en deux parties: une partie inférieure 5 A qui eontient la plaque 2 et une partie supérieure 5 B venant normalement en contact avec la partie 5 A Les pa5 rois de ce bottier 5 A, 5 B constituent le plan de masse de la ligne 1 Le boîtier est rempli d'une mousse plastique, genre nid d'abeille, dont la permittivité est proehe de 1 et les pertes diélectriques, faibles de sorte que le coefficient de surtension n'est pas awoindri Une extrémité 6 de cette ligne 1 est court-circuitée: pour cela, elle est mise en contact avec une paroi du bottier 5 A, B L'autre extrémité 7 est libre Un accès 8 permet la connexion sur une ligne, non représentée, transmettant des signaux à filtrer, un accès 9 fournit à l'utilisation les signaux filtrés; il est entendu de ee fait que le circuit-résonateur fonctionne dans le mode 15 transmission Le mode absorption peut être aussi-envisagé En des e 15 emplacements repérés par des traits 11, 12, 13, 14, on a disposé des circuits réactifs variables. Ces circuits réactifs comportent un élément de commutation 31, 32, 33, 34; cet élément de commutation est de préfé20 rence une diode P I N L'état de conduction ou de non-conduction de ces éléments 31 à 34 est déterminé par la position des interrupteurs 41, 42, 43 et 44; selon la position ouverte ou fermée de Ces interrupteurs une tension de commande V issue d'une source de tension 50 est appliquée ou non aux éléments 31, 32, 33 et 34. Ainsi en manoeuvrant ces interrupteurs il est possible d'accorder le cireuit-résonateur sur différentes fréquences. Conformément à l'invention, chaque circuit réactif variable est constitué par une ligne secondaire 51, 52, 53 et 54 respectivement connectée à la ligne principale 1 par les éléments 30 de commutation respectifs 31, 32, 33 et 34. Les lignes secondaires dont la longueur électrique est, en pratique, inférieure à 90 peuvent avoir leur extrémité opposée à la ligne principale, libre ou court-circuitée Ainsi, les lignes 52, 53 et 54 ont leur extrémité ouverte alors que la 35 ligne 51 constitue une ligne triplaque court-circuitée pour la haute fréquence au moyen d'une plaque 59 Pour appliquer les tensions de commande aux diodes 31, 32, 33 et 34 il convient de prévoir certaines mesures Ainsi pour la diode 31, la plaque 59 est reliée aux fonds des parties 5 A et 5 B du boîtier, par l'intermédiaire d'un condensateur: ainsi sur la figure 1, est représenté le condensateur qui est plaqué sur le fond de la partie 5 A Une connexion électrique 61 relie alors la plaque 59 à une extrémité de l'interrupteur 41. Pour polariser les diodes 32, 33 et 3411, on a prévu des bobines localisées 62, 63 et 64, encore efficaces aux fréquences envisagées (% 300 M Hz) Une extrémité de ces bobines est connectée aux extrémités libres des lignes secondaires 52, 53 et 54 et l'autre extrémité aux interrupteurs 42, 43 et 44 par l'intermédiaire de condensateurs de passage 72, 73 et 74 fixés aux parois des parties 5 A et 5 B Le couplage entre les acecs 8 et 9 et le circuit-résonateur est assuré 15 par des petites antennes 75 et 76 situées vers l'extrémité libre de la ligne principale 1. A la figure 2, on a représenté un schéma équivalent du circuit-résonateur de la figure 1 Sur cette figure 2, les références B 1, B 2, B 3 et B 4 correspondent aux susceptances ramenées aux 20 niveaux des traits 11, 12, 13 et 14 par les lignes 51, 52, 53 et 54. La susceptance ramenée est négative pour la ligne 51 et positive puur les lignes 52, 53 et 54. Bl = j Y 1 cotg (e ú 1) B 2 = + j Y 2 tg (e 2) B 3 = + j Y 3 tg (f ú 3) B 4 = + j Y 4 tg (f ú 4) Y 1, Y 2, Y 3, Y 4 sont les admittances caractéristiques respectives des lignes 51, 52, 53 et 54, ú 1, ú 2, ú 3 et ú 4 sont leurs longueurs géométriques. est le nombre d'onde: = 2 r o A est la longueur d'onde, w est la pulsation de l'onde, ú la permittivité du milieu remplissant la ligne triplaque, on prend r l. Il est à noter qu'en pratique les lignes 51, 52, 53 35 et 54 sont courtes devant X de sorte-que: Bl = -j Y 1 B 2 = j Y 2 92 B 3 = j Y 3 9 3 B 4 = j Y 4 ( 4 ces lignes ont alors un comportement purement selfique ou purement capacitif. Pour simplifier les explications on considère une de ces susceptances par exemple B 3, ce qui est représenté aux figures 3 à 8 La susceptance B 3 est donc reliée à la ligne 1 par l'inter10 médiaire de la diode P I N 53 (figure 3) Lorsqu'une diode P I N. conduit, elle est équivalente à une faible résistance Rds en série avec B 3 (figure 4) Si la susceptance B 3 est, par exemple, une capacité C 3, le schéma de la figure 5 est équivalent à celui de la figure 4 avec R = 1/Rds (C 3,)2 ( 1) pourvu que Rd C 3 W C 3 C C C = C et RI = Rd _ Pa ( 2) à condition que Rd C Comm C " C 3, on a Ct et C R et R R le À,, P, P 3, t schema radioélectrique correspondant à la diode bloquee est celui de la figure 8. En résumé, dans le cas o l'élément d'accord est une susceptance positive (capacité C 3), la figure 5 montre que la diode conduisant, on ramène effectivement en parallèle sur la ligne prin30 cipale du résonateur, la capacité C 3 shuntée par une grande résistance Dans le cas o la diode est bloquée (figure 8), on ramnme en parallèle sur la ligne deux très faibles susceptances devant Yo (admittance caractéristique de la ligne 1) à savoir C W et 1/R O qui ont Pu 1/Rd qui ont une influence faible. p 2548846 ' On peut, en comparant les expressions ( 1) et ( 2) et en choisissant R = R' Rd soit obtenir sensiú d Rds obtenir sensiblenent pour les-deux fonctionnnements de la diode P I N (conduisant ou bloquée) le même coefficient de surtension Ainsi avec R = 2 104 ohms et Rd = 0,15 ohms, on déduit pour f = 3 108 Hz: Ci = 9,7 p F C'est une valeur moyenne des capacités nécessaires pour accorder la cavité On doit remarquer que, dans l'évaluation paramétrique du résonateur, il est nécessaire de tenir compte de la capacité parasite Cp 3 ou mieux de la capacité Ct très voisine. Pour fixer les idées, on précise dans ce qui suit, différentes c 3 tes du circuit-résonateur montré à la figure 1 Les lignes secondaires sont représentées, pour la clarté du dessin par des petits blocs référencés par la capacité ou la self induction qu'elles apportent, les lignes secondaires étant très courtes de15 vant la longueur d'onde A Le tableau I donne les valeurs de L 1, C 2, C 3 et C 4 amenées par les lignes 51, 52, 53 et 54 et les distancees dl, d 2, d 3, d 4 de leur emplacement, comptées à partir de l'extrémité ouverte de la ligne 1. TABLEAU I dl = 115 mm d 2 = 159 m d 3 = 170 mm d 4 = 184 mm L 1 = 5,87 n H C 2 = 28, 8 p F C 3 = 17,13 p F C 4 = 11,76 p F la longueur d T de la ligne principale 1 a pour valeur: d T = 245,85 mm, sa largeur W = 132 mm, la hauteur b du circuitrésonateur: b = 22, sa largeur totale úT = 190 sa longueur 25 totale LT = 320 mm. Le tableau II suivant donne les valeurs des fréquenes d'accord du circuitrésonateur en fonetion des positions O ou F des interrupteurs 41, 42, 43 et 44. TABLEAU II POSITION DES 41 42 INTERRUPTEURS 43 44 15 o O O O o o F F F F F F F F F F F F F o F F F F o o F F F F o o F F o F F O F F F F o F F F F O 229,98 236,97 244 >,45 252,38 262,45 272,48 283,12 294,35 306,58 317,05 327,94 339,44 355,53 370,80 385,70 400,31 FREQUENCES D'ACCORD M Hz i Le filtre montré à la figure 10 se compose de cinq eircuits-résonateurs conformes a i 'invention ces circuits portent les références 100, 101, 102, 103 et 104, ces circuits sont accolés sur leur plus grande face de sorte que les circuits 100 et 101, 101 et 102, 102 et 103 et enfin 103 et 104 aient une paroi 25 commune Des accès 110 et 111 sont prévus respectivement sur les parois extérieures des circuitsrésonateurs 100 et 104 pour une connexion d'utilisation Les couplages s'effectuent tant pour les accès que pour les circuits-résonateurs entreeux par de petites antennes , 116, 117, 118 et 120. Le couplage au lieu d'etre réalisé par de petites antennes peut l'être par des boucles 200 et 201 disposées au voisinage de l'extrnmité 6 comme cela est représenté à la figure 11. Ce couplage par boucles peut être utilisé aussi bien pour les connexions d'utilisation que pour le couplage des circuits-résonateurs entre eux. 2548846 ' REVENDICATIONS: 1 Circuit-résonateur accordable d'une manière discrète sur une pluralité de fréquences d'accord comportant au moins un acceès pour être connecté à une ligne de transmission transmettant des signaux à filtrer, une ligne principale sur laquelle est branehée au moins un circuit réactif variable constitué à partir d'un élément de eomcutation commandé par tension, caractérisé en ce que chaque circuit r actif variable est constitue par une ligne secondaire connectée à la ligne principale par ledit élément de commu10 tation. 2 Circuit-résonateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ligne principale a une longueur de l'ordre du quart de la longueur d'onde correspondant à la fréquence moyenne de la plura lité de frequences d'accord et présente une extremite en 15 courtcircuit. 3 Circuit-résonateur selon la revendication 1 ou 2, caraetérisé en ce que lesdites lignes sont des lignes triplaques. 4 Cireuit-résonateur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les éléments de commutation sont des 20 diodes P l N. Cireuit-résonateur selon l'une des revendications 3 et 4, caraetérisé en ce que l'ame des lignes triplaques est supportée par un support dileeotrique très mince de façon à former un circuit imprimé supportant les éléments de commutation et 25 les moyens de polarisation pour amener la tension de commande aux éléments de commutation. 6 Circuit-résonateur selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'espace copris entre l'ame de la ligne triplaque et les parois de masse sont remplies d'une mousse 30 nidd'abeille pour former un diélectrique se comportant comme l'air. 7 Circuit-résonateur selon l'une des revendications I à 6, caractérisé en ee qu'il est prévu un circuit de couplage pour connecter le circuit à l'accès. 8 Circuit-résonateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit de couplage est constitué par une petite antenne disposée du côté ouvert de la ligne principale. 9 Circuit-résonateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit de couplage est constitué par une boucle disposée près de l'extrémité en court-circuit de la ligne principale. Filtre comportant au moins un circuit-résonateur selon l'une des revendications 1 à 7 maunri de circuits de couplage selon la revendication 8 ou 9.