Brevet FR2610766A1 — publié le 19880812

L'invention concerne un filtre hyperfréquence accordable électoniquement. Un filtre accordable électroniquement ou "filtre agile" est un filtre dont la fréquence centrale peut être déplacée dans une gamme de fréquences, pouvant couvrir une fraction importante d'un octave, au moyen d'une commande électrique ou électronique. Des filtres de ce type sont avec le synthétiseur de fréquence les compléments indispensables à la réalisation des faisceaux hertziens agiles. Ils doivent supporter des niveaux de puissance variables - Employés à l'émission, ils préservent de la pollution des canaux adjacents ; - Employés à la réception comme "filtres de canal", ils permettent au récepteur de n'amplifier que le signal utile, à l'exclusion de la pollution introduite par les émissions adjacentes. Les filtres hyperfréquence "agiles" de l'art connu sont réalisés principalement à partir de deux techniques - accord mécanique commandé par moteur - association de résonateurs à YIG (Yttrium Iron Garnet) soumis au même champ magnétique de polarisation. La première technique est lourde, volumineuse, coûteuse et compliquée. L'utilisation de filtres classiques à YIG, quant à elle, présente les inconvénients suivants - une faible tenue en puissance - une sensibilité à la microphonie ; - une mise en oeuvre complexe et coûteuse - une sensibilité à la température. Quelques réalisations de l'art connu sont constitLes de filtres accordables comprenant des résonateurs associés à des varactors. Mais ces réalisations présentent différents inconvénients, notamment - une limite à la montée en fréquence - une saturation rapide des varactors en puissance. L'invention a pour objet de pallier les inconvénients de ces différents de types de filtres. L'invention propose un filtre hyperfréquence accordable électroniquement caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément résonnant à forte surtension constitué au moins partiellement de ferrite polycristallin, d'un dispositif établissant un champ magnétique dans cet élément de manière à faire varier la perméabilité magnétique ss r du ferrite. Un tel dispositif présente le grand avantage de posséder des caractéristiques de transmission déplaçables dans une large bande du spectre des fréquences. Plus particulièrement l'invention concerne un filtre dans lequel le dispositif établissant un champ magnétique dans l'élément résonnant est un électro-aimant formé d'un noyau autour duquel est enroulé une bobine et de deux pièces polaires situées aux extrémités de ce noyau perpendiculairement à celui-ci, l'élément résonnant étant fixé entre ces deux pièces polaires parallèlement audit noyau. Dans une première réalisation l'élément résonnant comprend un résonateur coaxial réalisé à partir d'un barreau de ferrite polycristallin de largeur K Ng/, g étant la longueur d'onde guidée, qui est métallisé sur ses faces interne et externe, deux connecteurs d'entrée et de sortie respectivement, étant reliés respectivement à ces deux zones métallisées. Dans une seconde réalisation l'élément résonnant comprend une cavité en guide cylindrique ou rectangulaire remplie au moins partiellement de ferrite polycristallin, des moyens de couplage permettant de coupler ladite cavité au milieu environnant. Dans les dispositifs de l'art connu on a déjà fait usage des variations des caractéristiques de certains ferrites, notamment de leur perméabilité, en fonction du champ magnétique appliqué en vue de réaliser des circuits en microbandes présentant des caractéristiques particulières. On citera, entre autres, la demande de brevet français publiée sous le numéro 1567104 intitulée "circuits microminiaturisés à ferrite pour hyperfréquence" utilisant la décroissance de la perméabilité avec le champ appliqué en vue d'élargir la largeur de bande du circuit non réciproque ainsi constitué, ainsi que la demande de brevet français publiée sous le numéro 2050584 et intitulée "circuits filtres accordables miniaturisés à ferrite pour hyperfréquence" utilisant la variation de perméabilité du matériau en fonction du champ appliqué en vue de modifier la fréquence de résonance d'un filtre microbande. Mais ces applications ne peuvent donner lieu à la réalisation de filtres fortement surtendus, tel que celui de l'invention, qui sont nécessaires aux applications de liaisons hertziennes "agiles" (filtre de 1% de bande instantannée). Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif, en référence aux figures annexées sur lesquelles - la figure 1 représente un exemple de réalisation d'un élément résonnant selon l'invention ; - la figure 2 illustre un élément caractéristique de l'élément résonnant de l'invention représenté à la figure 1 - la figure 3 représente la courbe de réponse de l'élément résonnant tel que représenté à la figure i - la figure 4 représente un filtre selon l'invention formé de l'association de plusieurs éléments résonnants tels celui que représenté à la figure 1 - la figure 5 représente une vue schématique longitudinale d'un élément caractéristique d'un élément résonnant de l'invention, équivalent à celui représenté à la figure 2. L'élément résonant à forte surtension représenté à la figure 7 comprend - un résonateur coaxial 10 réalisé à partir d'un barreau de ferrite 17 polycristallin percé le long de son axe de symétrie /\d'un alésage cylindrique 12 et métallisé sur ses faces interne 13 et externe 74, comme représenté à la figure 2, ce résonateur ayant une longueur de t 2 g étant la longueur d'.onde guidée) ;; - un dispositif 15 permettant d'établir un champ magnétique longitudinal dans ce barreau 10 qui consiste en un électro-aimant formé d'un noyau 16, par exemple en acier doux, de deux pièces polaires 17 et 18 situées aux deux extrémités de ce noyau 16 perpendiculairement à celuici, et d'une bobine 19, enroulée autour dudit noyau 16, au bornes de laquelle on applique une tension continue V. Le barreau de ferrite 11 est fixé entre les deux pièces polaires 17 et 18 parallèlement au noyau 16, un connecteur d'entrée 20 du signal hyperfréquence E et un connecteur de sortie 21 du signal hyperfréquence filtreS étant tous deux reliés aux conducteurs interne t3 et externe 14 de ce barreau 10. Dans le filtre de l'invention on utilise le fait que la résonance électrique est fonction de la perméabilité magnétique r et donc du champ appliqué par l'électro-aimant. La longueur d'onde guidée dans un résonateur coaxial est de la forme avec f : fréquence t # r : constante électrique r : perméabilité magnétique. On voit bien que si 9 r varie en fonction du champ appliqué pour une dimension donnée de cavité, la résonante quart d'onde (ou demi-onde) se fera pour une fréquence variant dans le rapport des racines carrés des perméabilités. De plus pour un tel résonateur coaxial l'impédance caractéristique avec ) 2 : diamètre extérieur 1 1 : diamètre intérieur; La figure 3 montre les variations de fréquence que l'on peut obtenir avec divers résonateurs coaxiaux en matériau ferrite polycristallin pour plusieurs fréquences centrales Fo, avec une variation du courant I parcourant la bobine qui correspond à une variation du champ établi dans le résonateur. On a pour la courbe I la bande d'accord : F = 627 MHz = Fo x 8% pour la courbe II la bande d'accord :aF = 807 MHz = Fo x 15% pour la courbe III la bande d'accord : #F = 393 MHz = Fo x 9,7% avec un courant I variant de 2 ampères. A titre d'exemple on a utilisé un résonateur coaxial du type réso nateur > /4 réalisé en ferrite grenat à faible largeur de raie, donc à pertes globales faibles, ayant les dimensions suivantes - hauteur : 12 mm - diamètre extérieur : p 2 = 5 mm - diamètre intérieur :p 7 = 1,35 mm Les résonateurs a ferrite polycristallin utilisés dans le filtre de l'invention se différencient des résonateurs connus jusqu'à ce jour sous la forme de billes de YIG (Yttrium Iron Garnet) par le fait que l'on n'utilise pas, en l'espèce, la résonance gyromagnétique du matériau mais la résonance électrique qui est une fonction de sa perméabilité magnétique et donc du champ appliqué. La figure 4 représente un exemple d'association de plusieurs éléments résonnants élémentaires du type décrit précédemment pour former un filtre, par exemple passe-bande. Ces éléments résonnants élémentaires A, B, C, ici au nombre de trois ; sont séparés entre eux par des pièces intermédaires 25 et 26 permettant un couplage coaxial, le signal hyperfréquence entrant par le connecteur d'entrée 20 et sortant par le connecteur de sortie 21. Le filtre de l'invention se prête à la réalisation de filtres de type TCHEBYCHEFF ou BUTTERWORTH (MAXIMALY FLAT). Avec des performances qui, tout en étant très légèrement dégradées par rapport aux filtres à résonateurs mécaniques à très haute surtension, permettent d'obtenir les fonctions de filtrages désirées avec une agilité sur une large bande et des puissances appliquées de l'ordre de 40 dBm. Comme représenté à la figure 5, il est aussi possible d'utiliser un élément résonant qui comprend une cavité résonante réalisée au moyen d'une cavité 30 en guide, par exemple cylindrique, remplie de ferrite polycristallin 31 ; les couplages au milieu environnant s'effectuant, par exemple, par l'intermédiaire de deux iris 32 et 33. Il est-bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représb.tée qu'à titre d'exemple préférentiel et que l'on pourra remplacer ses éléments constitutifs par des éléments équivalents sans pour autant, sortie du cadre de l'invention. Ainsi le filtre de l'invention pour également être un filtre coupe-bande. Ainsi les résonateurs coaxiaux (ou cavités résonantes) peuvent être partiellement ou totalement rempli de ferrite polycristallin. Ainsi le champ magnétique appliqué à ces ferrites peu ne pas être longitudinal mais radial par exemple. Ainsi les cavités résonantes peuvent avoir une forme autre que circulaire ; rectangulaire par exemple. REVENDICATIONS 1/ Filtre hyperfréquence accordable électroniquement caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément résonnant (10) à forte surtension constitué, au moins partiellement, de ferrite polycristallin (11), d'un dispositif (15) établissant un champ. magnétique dans cet élément de manière à faire varier la perméabilité magnétique/lcr du ferrite (11). 2/ Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif (15) établissant un champ magnétique dans l'élément résonnant (10) est un électro-aimant formé d'un noyau (16) autour duquel est enroulé une bobine (19), et de deux pièces polaires (17, 18) situées aux extrémités de ce noyau (16) perpendiculairement à celui-ci, l'élément résonnant (10) étant fixé entre ces deux pièces polaires parallèlement audit noyau (16). 3/ Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément résonnant comprend un résonateur coaxial (10) réalisé à partir d'un barreau de ferrite polycristallin (11) de largeur K A g/4, X g étant la longueur d'onde guidée, qui est métallisé sur ses faces interne (13) et externe (14), deux connecteurs d'entrée (20) et de sortie (21) étant reliés respectivement à ces deux zones métallisées. 4/ Filtre selon l'une quelconque des révendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément résonnant comprend une cavité (30) en guide cylindrique ou rectangulaire remplie, au moins partiellement, de ferrite (31) polycristallin, des moyens de couplage permettant de coupler ladite cavité au milieu environnant. 5/ Filtre hyperfréquence accordable électroniquement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en série plusieurs éléments résonnants élémentaires (A, B, C).