Brevet FR2604305A1 — publié le 19880325

Filtre composite à large bande de type plan E. L'invention concerne un filtre composite à large bande de type plan E. Les techniques de filtrage sont très variées. Mais lorsque la fréquence ou/et la puissance sont élevées, le filtrage en guide d'onde rectangulaire ou cylindrique reste le seul moyen pour obtenir des bonnes performances en regard des pertes et de la sélectivité. Lorsque la bande passante relative est inférieure à 2 % environ, les filtres à cavités circulaires offrent des caractéristiques excep- tionnelles car ils agissent avec de très fortes surtensions. Pour les bandes passantes plus élevées trois types de filtres sont couramment utilisés: - les filtres à modes évanescents ou en peigne: Cette technique à faible surtension permet la réalisation de filtres à bande large avec un facteur Q. \ - les filtres à coaxial suspendu: Ils possèdent les mêmes performances que les précédents avec l'avantage d'une précision liée au principe de la gravure en couches minces. - les filtres en guides d'ondes. Le filtre à cavité TE101 ou "plan E" s'applique couramment Jusqu'à à 6 % de bande passante relative. Au delà les susceptances de couplage d'extrémités deviennent très faibles, les réalisations deviennent alors délicates sinon impossibles pratiquement. Un article intitulé "Broadband millimeter Wave E-plane bandpass filter" paru dans IEEE MTT-S DIGEST (1984, p 236 - 237) décrit une méthode de calcul de filtre passe-bande plan-E ayant des bandes pas- santes supérieures à 10 % dans laquelle la structure utilisée est une structure dite "en échelle". L'invention propose à cet effet un filtre composite à large bande de type plan E comportant un corps de blindage conducteur à l'intérieur duquel se trouve une cavité allongée dans laquelle est disposée longitu- dinalement une lamelle découpée en forme d'échelle, caractérisé en ce que ledit corps est formé de deux parties accolées 2- l'une à l'autre de part et d'autre d'un plan de séparation le long duquel est disposée ladite structure, et en ce que deux iris sont situés transversalement en entrée et en sortie de ladite cavité de manière à occulter chacun une partie de celle-ci. Un tel filtre a pour avantage de permettre l'obtension de bandes passantes plus larges tout en conservant de bonnes caractéristiques de la fonction de transfert. Avantageusement le filtre selon l'invention comprend une structure rapportée encastrée dans deux encoches longitudinales usinées dans au moins l'une des deux parties du corps de blindage, la structure plan E étant une structure métallique en forme de lamelle ajourée d'au moins une ouverture rectangulaire de direction parallèle à l'intersection du plan de séparation et du plan de chaque iris, les iris étant encastrés dans deux encoches transversales usinées dans les deux parties du corps de blindage. 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 - les figures 1 et 2 illustrent le filtre de l'invention respective- ment selon une vue en coupe longitudinale dans le plan I-I de la figure 2 et selon une vue en coupe transversale dans le plan II-II de la figure 1; - les figures 3 à 7 illustrent différentes possibilités de réalisation d'iris d'entrée et de sortie. De manière connue de l'homme de l'art, les filtres en guide d'onde à cavités couplées inductivement sont obtenus en mettant en cascade des cavités résonnantes qui sont accordées chacune, par exem- ple, par une vis, ces cavités étant couplées entre elles par des iris ou par des rideaux de tiges. Le circuit équivalent à de tels filtres consiste en des suscep- tances séparées par des lignes de transmission. Un filtre plan E se présente sous forme d'une "échelle" insérée dans un guide d'onde suivant l'axe de propagation. L'échelle qui constitue l'élément essentiel du filtre peut être entièrement métal- - 3 - 2604305 lique, du type ligne à ailettes uni ou bilatérale. Le circuit équivalent de ce type de filtre peut être représenté par une succession de circuits en T symétriques: chaque circuit en T symétrique ayant une influence équivalente à celle des "strips" ou lamelles transversales constituant l'échelle. Les T, associés aux lignes de transmission, opèrent comme des inverseurs dadmittances, ce qui réalise la fonction de filtrage. Les réactances Xsi, Xsi et Xpi des branches des T peuvent être calculées à partir des travaux de YI-CHI SHIH (IEEE Vol. MTT-32 n 7 Juillet 1984). Dans les systèmes de transmission, les filtres d'antenne doivent avoir des pertes d'insertion les plus faibles possibles. Avec l'apparition des amplications larges bandes il est nécessaire d'utiliser des filtres en conséquence. Les filtres plan-E peuvent être réalisés pour des largeurs de bande dépassent 10 % dans une gamme de fréquence allant de la bande X (8-12 GHz) à la bande D (110-175 GHz) avec un coefficient de surtension Q > 1000. Néanmoins la bande passante relative de ces filtres est limitée: En effet lorsque la bande passante augmente, les réactances d'extrémités (Xpl et Xpn) à réaliser augmentent aussi. De même si l'on veut diminuer l'ondulation de la réponse dans la bande. Ainsi les largeurs Wl et Wn des "strips" d'extrémités deviennent physiquement irréalisables. Même une augmentation du nombre n de pôles n'apporte pas d'amélioration au-delà de n=7. De plus, du fait de l'épaisseur de l'échelle la bande passante se trouve déplacée vers les fréquences hautes et sa largeur diminue. La bande passante relative calculée est donc supérieure à celle obtenue en pratique. Ce qui contribue encore à diminuer W1 et Wn. L'influence de l'épaisseur ne peut être diminuée indéfiniment, car la structure deviendrait alors mécaniquement fragile. Pour pallier ces inconvénients, le filtre de l'invention 10 com porte un corps de blindage (11, 12) conducteur formé de deux parties 11 et 12 accolées l'une à l'autre de part et d'autre d'un plan de séparation 13. A l'intérieur de ce corps (11, 12) se trouve une cavité 14 de forme paralléllépipédique scindée par le plan 13 en deux volumes de même -4forme. Cette cavité contient une structure 15 de filtre plan E formant une lamelle découpée en forme d'échelle dont l'une des faces pourrait être située, par exemple, dans le plan de séparation 13. Deux iris 16 et 17 sont situés en entrée et en sortie de la cavité 14 de manière à en occulter, chacun, une partie. La structure 15 est une structure rapportée encastrée dans deux encoches 18 et 19 longitudinales usinées, par exemple, dans les deux parties 11 et 12 de part et d'autre de la cavité 13. Les iris 16 et 17 ont la forme de lamelles ajourées d'ouvertures rectangulaires verticales 24 telle que représentée, par exemple à la figure 3, encastrées dans deux encoches transversales 20 et 21 usinée dans les deux parties 11, 12 et situées aux deux extrémités de la cavité 14. En intégrant ainsi les iris d'entrées aux deux extrémités de la cavité 14, on surmonte les difficultés de réalisation des susceptances d'entrées par la création d'un filtre composite. Ces iris comme représentés aux figures 3, 4, 5, 6, et 7 peuvent être composés, par exemple, d'une, deux ou trois tiges 22 ou d'un ou deux volets inductifs 23. Ces éléments peuvent être disposés symétri- quement ou non par rapport à l'axe de propagation. Un exemple de réalisation est obtenu avec les valeurs suivantes: - filtre Tchebyscheff à 7 pôles - fréquence minimale: 27,5 GHz - fréquence maximale: 30 GHz - hauteur de la cavité: 3,56 mm - largeur de la cavité: 7,12 mm - longueur de l'échelle qui comporte 6 strips: 46,54 mm épaisseur du métal dans lequel est gravée l'échelle: 0,1 mm - largeur de l'ouverture de l'iris tel que représenté à la figure 7 3,56 mm. 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 la structure de filtre plan E, ainsi que les deux iris peuvent faire partie intégrante de l'une, ou de l'autre des deux parties du corps de blindage, et donc ne pas être des pièces rapportées. Ces iris peuvent être réalisés respectivement par une simple rupture des dimensions du guide. -6- REVENDICATIONS: 1/ Filtre composite à large bande de type plan E comportant un corps de blindage (11, 12) conducteur à l'intérieur duquel se trouve une cavité (14) allongée dans laquelle est disposée longitudinalement une lamel- le (15) découpée en forme d'échelle, caractérisé en ce que ledit corps est formé de deux parties (11, 12) accolées l'une à l'autre de part et d'autre d'un plan de séparation (13) le long duquel est disposée ladite structure (15) et en ce que deux iris (16, 17) sont situés transversalement en entrée et en sortie de ladite cavité (14) de manière à occulter, chacun, une partie de celle- ci. 2/ Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cavité (14) a une forme parallépipédique, le plan de séparation (13) la scindant en deux volumes de même forme. 3/ Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac- térisé en ce que la structure plan E est une structure rapportée encastrée dans deux encoches (18, 19) longitudinales usinées dans au moins l'une des deux parties (11, 12) du corps de blindage. 4/ Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la structure plan E (15) est une structure métal- lique. / Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque iris (16, 17) comprend d'une lamelle ajourée d'au moins une ouverture rectangulaire (24) de direction parallèle à l'intersection du plan de séparation (13) et du plan de chaque iris. 6/ Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes carac- térisé en ce que les iris (16, 17) sont encastrés dans deux encoches transversales (20, 21) usinées dans les deux parties (11, 12) du corps de blindage. 7/ Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les ouvertures (24) réalisées dans chaque iris (10, 17) sont disposées symétriquement les unes par rapport aux autres à l'intérieur de la cavité.