Brevet FR2605146A1 — publié le 19880415

- 1 - Filtre à bande ajustable L'invention concerne un filtre à bande ajustable utilisé à des fréquences élevées. Il est connu de réaliser: - des filtres à cavités (en guide) circulaire ou rectangulaire à coef- ficient de surtension élevé supérieur à 3000 par exemple, - des filtres coaxiaux (cylindrique ou rectangulaire) du type à couplage en bout (de longueur 4 >/2; >%étant la longueur de l'onde guidée) ou à lignes couplées (longueur > /4) à coefficient de surtention inférieur ou égal à 1000; - des filtres micro-strip (sur support diélectrique mais avec des coef- ficients de surtension très faibles inférieurs à 200 et des pertes d'insertion non négligeables; - des filtres à résonateurs diélectriques avec des coefficients de sur- tension intermédiaires compris entre 1000 et 3000. Mais la réalisation de tels filtres à des fréquences élevées reste difficile et coûteuse. Une autre possibilité mise en oeuvre actuellement réside dans l'utilisation de lignes résonantes en >%/2 portées par un substrat sus- pendu et couplé en bout. Un article paru dans "International journal of infrared and milli- meter waves" (vol.6, No7, 1985) intitulé "Design and performance of millimeter wave end coupled bandpass filters" décrit des filtres de ce type dans lesquelles les lignes résonantes sont formées de suites de discontinuités périodiques situées le long de lignes de transmission pour former des séries de résonateurs qui sont couplés entre eux. L'invention a pour objet de réaliser un dispositif présentant les avantages de ce type de filtres c'est-à-dire: - une bonne reproductivité du fait de la mise en oeuvre d'un procédé de photogravure chimique; - un faible coût dû à la simplicité du montage; - une absence de réglage. Mais il permet en outre une modification de la bande passante et il rend possible l'intégration d'une fonction stop bande à absorption ou à 2605 1 4 6 - 2 - réjection. Le dispositif de l'invention permet de travailler dans une gamme de fréquences s'étendant de 1 GHz à 100 GHz. L'invention propose, à cet effet, un filtre à bande ajustable comportant un corps de blindage conducteur, formé de deux parties accolées l'une à l'autre de part et d'autre d'un plan de séparation, à l'intérieur duquel se trouve une cavité contenant une ligne résonante en demi-longueur d'onde portée par une première face d'un substrat suspendu, couplé en bout, et encastré dans des encoches réalisées dans les parois de la première partie, caractérisé en ce que la première face du substrat scinde la cavité en deux volumes non symétriques de manière à permettre une modification de la bande-passante dudit filtre. Un tel filtre a pour avantage d'utiliser une technique simple qui permet un réglage sans apport de vis diélectrique ou métallique en face de ses éléments. De plus l'invention permet de réaliser des filtres de bande pas- sante de quelques % à quelques dizaines de % de 11 à 15 GHz alors que le principe des filtres à couplage en bout reste dévolu à quelques % de bande. Dans un premier type de réalisation l'invention propose un filtre dans lequel la première face du substrat est située dans le plan de séparation, et dans lequel le volume de la cavité, situé à l'intérieur de la deuxième partie, est plus grand que celui situé à l'intérieur de la première partie. Dans un autre type de réalisation l'invention propose un filtre dans lequel la première partie est décalée par rapport à la deuxième partie dans une direction transversale située dans le plan de sépara- tion, de manière à créer une discontinuité des parois de la cavité dans ce plan. Avantageusement l'invention propose un filtre dans lequel les deux parties du corps de blindage ont leurs parois en contact dans lesquelles sont usinées des encoches transversales. Avantageusement pour réaliser un filtre ajustable, selon l'inven- tion, la deuxième partie du corps de blindage forme un fourreau dans lequel peut coulisser la première partie de manière à modifier la -3 position du substrat dans la cavité. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limita- tif, en référence aux figures annexées sur lesquelles: - la figure 1 représente le filtre selon l'invention, - la figure 2 représente une partie du filtre illustré en figure 1, - les figures 3 et 4 sont des vues en coupe transversale et en coupe longitudinale du filtre selon l'invention dans lesquelles ont été repré- sentées les différentes capacités électrostatiques. - les figures 5 à 8 illustrent plusieurs variantes du filtre selon l'in- vention. Le filtre de l'invention, représenté à la figure 1, comprend un corps de blindage (10, 11) de forme parallélépipédique à l'intérieur duquel est située une cavité 12 de même forme. Le corps de blindage est formé d'une première partie 10 et d'une deuxième partie 11 situées de part et d'autre d'un plan 13 dit "de sépa- ration". Un substrat 14 portant une ligne résonante 15 sur une première face 16 est encastrée dans deux encoches 17 réalisées dans ladite pre- mière partie 10, de manière telle que sa première face 16 soit située dans le plan de séparation 13. Avec un tel type de filtre l'excitation de la ligne se fait "en bout", et est une excitation longitudinale. Pour obtenir un réglage de bande passante, selon l'invention, on introduit une dissymétrie (proportionnelle à la hauteur du diélectrique) de la partie supérieure: soit H > H'. Pour équilibrer le champ électromagnétique, les régles de l'art voudrait que: H ( H'. On peut observer que la répartition de capacité de la ligne est dissymétrique du point de vue électrostatique pour les métallisations en regard avec, comme représenté aux figures 3 et 4: - Cf capacité d'angle et de fuite; - CH' capacité du boitier/ligne (inférieur); - CH capacité du boitier/ligne (supérieur). On peut, ainsi, par le biais de la dissymétrie, selon l'invention, - 4 agir sur la bande passante du filtre, par action sur la répartition de ces capacités, pour obtenir ainsi un élargissement de celle-ci, tout en conservant une bonne adaptation et en limitant les pertes au minimum. Un résonateur est défini par son impédance et son couplage aux autres lignes avec la formule: 1 ifarcti ( 2 Bj 1, j 2 Bj, j. 1) j - ff 2 arctg yo + arctg O avec - 0 j: longueur électrique du résonateur - Bj, j+1: susceptance de la capacité Cc - yo: impédance de la ligne. De ce fait la modification de H entraîne une variation de CH et de Cf, donc de yo. il y a donc augmentation du couplage Cc propor Bj, j + 1 tionnellement à yo yO Sur la figure 5, selon une variante de l'invention, on introduit une dissymétrie en décealant (19) la première partie 10 par rapport à la deuxième partie 11 dans une direction transverse située dans le plan de séparation 13. Pour favoriser l'adaptation de la ligne 15 on peut introduire (22), comme représenté à la figure 6, dans une petite enco- che 20 réalisée dans la deuxième partie 11 du corps de blindage, une languette diélectrique 21 qui vient se superposer sur la ligne 15 de manière à favoriser les couplages, en particulier aux extrémités de celleci. De même on pourrait utiliser une vis métallique ou diélectrique 2605 1 4 6 -5- verticale disposée dans une ouverture au dessus du circuit 15 qui, par un réglage de la hauteur de son extrémité, permettrait de favoriser lesdits couplages. On peut également, comme représenté à la figure 7, du fait de la distribution radiale du champ électrique, associer au filtre de l'inven- tion une fonction stop-bande par l'adjonction de guide sur au moins un des côtés du corps de blindage. Sur cette figure 7, ces guides sont réalisés par des encoches transversales 23 usinées dans les parois en contact des deux parties 10 et 11 du corps de blindage. Si ces encoches sont obturées, elles forment des stop-bandes à réflexion; si elles sont remplies partiellement par un matériau absorbant elles forment des stop- bandes à absorption. Ces encoches 23 n'ont été représentées que sur la première partie du corps de blindage 10, mais elles sont disposées de la même façon sur la deuxième partie 11. Ces encoches auraient pu, tout aussi bien, être réalisées sur la paroi de la deuxième partie 11 opposée au substrat 14. Ces encoches 23 peuvent être espacées régulièrement ou non. Un tel filtrage stop-bande permet de réaliser des réjections par- ticulières, notamment pour affaiblir certaines harmoniques. La figure 8 représente un bottier pour filtre à bande ajustable dans lequel la deuxième partie 11 comporte un fourreau 24 qui enveloppe la première partie 10 ce qui permet une modification 25 des dimensions de la cavité 12 et de la dimension H par rapport à la dimension H' telles que représentées à la figure 1. A titre d'exemple non limitatif, on a réalisé un filtre, tel que représenté à la figure 1, ayant les dimensions suivantes, en considérant le corps disposé verticalement: - largeur de la cavité: 5,6 cm - hauteur de la cavité (H + H'): 2,85 cm - épaisseur du diélectrique: 0,254 cm épaisseur de la métallisation: 17 pm - longueur des encoches (17): 0,5 cm. Pour un meilleur fonctionnement, le corps de blindage a un état de rugosité très faible. - 6 - Il est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et que l'on pourra rem- placer ses éléments constitutifs par des éléments équivalents sans, pour autant, sortir du cadre de l'invention. Ainsi on pourrait ainsi avoir des métallisations de chaque côté du substrat. De même le corps pourrait avoir une forme autre que parallépipé- dique. 2605 1 46 -7 - REVENDICATIONS 1/ Filtre à bande ajustable comportant un corps de blindage (10, 11) conducteur, formé de deux parties (10 et 11) accolées l'une à l'autre de part et d'autre d'un plan de séparation (13), à l'intérieur duquel se trouve une cavité (12) contenant une ligne résonante (15) en demilongueur d'onde portée par une première face (16) d'un substrat (14) suspendu, couplé en bout, et encastré dans des enco- ches (17) réalisées dans les parois de la première partie (10), caractérisé en ce que la première face (16) du substrat (14) scinde la cavité (12) en deux volumes non symétriques de manière à permettre une modification de la bande-passante dudit filtre. 2/ Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première face (16) du substrat (14) est située dans le plan de séparation (13). 3/ Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le volume de la cavité (12) situé à l'intérieur de la deuxième partie (11) est plus grand que celui situé à l'intérieur de la première partie (10). 4/ Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la première partie (10) est décalée par rapport à la deuxième partie (11) dans une direction transversale située dans le plan de séparation (13), de manière à créer une discontinuité des parois de la cavité dans ce plan (13). / Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac- térisé en ce que la cavité (12) est de forme parallépipédique, le plan de séparation (13) la scindant en deux volumes de même forme. 6/ Filtre selon l'une queleonque des revendications précédentes, carac- térisé en ce que les deux parties (10 et 11) du corps de blindage ont leurs parois en contact dans lesquelles sont usinées des encoches (23) transversales. 7/ Filtre selon la revendication 6, caractérisé en ce que ces encoches (23) sont régulièrement réparties dans le sens longitudinal. 8/ Filtre selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que ces encoches (23) sont partiellement remplies d'un matériau absorbant. - 8 - 9/ Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième partie (11) comporte une encoche (20) dans laquelle peut coulisser une lamelle diélectrique (21) qui vient ainsi se positionner au voisinage de la première face (16) du substrat (14) de manière à améliorer le couplage. / Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac- térisé en ce que la deuxième partie (11) forme un fourreau (24) dans lequel peut coulisser la première partie (10) de manière à modifier la position du subtrat (14) dans la cavité (12).