Brevet FR2639776A1 — publié le 19900601

FILTRE PASSIF PASSE-BANDE La présente invention concerne un filtre passif passe-bande, réalisé selon la technologie des circuits hybrides. La structure de ce filtre passif permet de l'adapter, dans le domaine des hyperfréquences, à la fréquence centrale recherchée avec un bon taux de résection des fréquences inférieures. Il est réalisé sous forme de microbandes sur un substrat céramique. Différents types de filtres passe-bande sont connus, réalisés en microbandes sur un substrat céramique, selon les technologies couche épaisse ou couche mince. Un exemple en est donné en figure 1, sur laquelle deux peignes de microbandes interdigités 1 et 2 sont déposés sur un substrat 3. Les microbandes ont une longueur X g/4, Xg étant la longueur d'onde guidée dans une microbande, et leur point commun est réuni au plan de masse qui se trouve sur la face arrière du substrat 3. L'entrée E du signal est appliquée à une extrémité libre de la première microbande d'un premier peigne, et la sortie S filtrée est recueillie à une extrémité libre de la dernière microbande d'un second peigne. Ces filtres connus ont deux types d'inconvénients. D'abord, ils occupent une place relativement importante. Actuellement, les techniques de circuits hybrides subissent l'influence de la densité des circuits intégrés qui sont rapportés sur un substrat de circuit hybride, surtout les VLSI à très haute densité d'intégration, et les composants, rapportés sur un circuit hybride doivent eux aussi être densifiés, surtout s'ils fonctionnent en hyperfréquences. Ensuite, ces filtres connus ont une courbe de réponse qui, pour une perte d'insertion donnée, n'est pas suffisamment carrée : c'est une courbe en cloche dont les flancs ne sont pas assez abrupts. Le filtre passif passe-bande selon l'invention permet de supprimer ces deux inconvenients. Il n'occupe qu'une faible surface sur un substrat diélectrique, et Sa courbe de réponse est franche : en dehors de la bande passante, elle coupe franchement les fréquences extérieures, surtout les fréquences plus faibles. Il est constitué d'une pluralité de lignes microbandes, parallèles entre elles, dont toutes les extrêmités d'un même côté sont réunles au plan de masse porté par la face opposée du substrat diélectrique. L'entrée E du signal est appliquée sur la première microbande et la sortie S du signal filtré est recueillie sur la dernière microbande. Dans cette série de microbandes, au moins deux lignes microbandes non voisines, donc non couplées par électromagnétisme, sont couplées par une impédance, self ou capacité, rapportée sur le substrat. Les distances, par rapport aux points de masse, auxquelles sont connectées l'entrée, la sortie et les connexions de l'impédance, permettent de régler les impédances d'entrée, de sortie et de modifier la forme de .a courbe de réponse du filtre. De façon plus précise, l'invention concerne un filtre passif passe-bande, réalisé au moyen de microbandes déposées sur une face d'un substrat diélectrique, caractérisé en ce qu'il comprend au moins trois microbandes, parallèles entre elles, dont une extrémité est réunie par des moyens appropriés au plan de masse porté par la seconde face du substrat, au moins deux des dites microbandes, non voisines sur le substrat, étant couplées par une impédance Z de couplage , qui est une self ou une capacité. L'invention sera mieux comprise par la description d'un exemple d'application, faite en s'appuyant sur les figures jointes en annexe, qui représentent: - fig. 1 schéma d'un filtre passif passe-bande selon l'art connu, déjà exposé, - fig. 2 : schéma d'un filtre passif passe-bande selon l'invention, - fig. 3 : courbe de réponse, en fonction de la fréquence, d'un filtre selon l'invention, sans ou avec impédance de couplage. Le filtre passif selon l'invention, représenté en figure 2, est supporté par un substrat 4, dont une face est métallisée en 5 pour former un plan de masse. Ce substrat est en céramique, alumine ou matériaux à haute constante diélectrique (9gE e 100), et son épaisseur est comprise entre 0,3 et 1 mm environ. Sur la face non métallisée de ce substrat 4 sont déposées une pluralité de lignes microbandes, parallèles entre elles. I1 faut au moins trois microbandes 6,7,8 pour que deux d'entre elles, au moins, ne soient pas voisines. Par l'une de leurs extrêmités, mais du même côté pour toutes les lignes microbandes, celles-cl sont réunies au plan de masse 5 : sur la figure, cette liaison est opérée au moyen de trous métallisés 9, mais d'autres moyens connus sont envisageables. Ces lignes microbandes sont réalisées soit par la technologie en couche épaisse, par sérigraphie, soit par la technologie en couche mince, par évaporation sous vide. Les lignes microbandes ont une longueur L= )s g/4, Kg étant la longueur d'onde guidée, et une largeur "1"; elles sont séparées d'une distance "d". L'entrée E du signal à filtrer est appliquée latéralement à la première bande 6 de la série au moyen d'une métallisation 10 qui, généralement, est orientée vers le bord du substrat 4, ou vers le générateur de signal si celui-ci est intégré sur le même substrat. De la même façon le signal de sortie S, filtré, est recueilli sur une métallisation 11, latérale sur la dernière bande de la série. Les métallisations 10 et 11 sont, respectivement, à des distances x1 et x2 des extêmltés à la masse des deux lignes microbandes considérées. Selon l'invention, deux lignes microbandes non voisines, telles que- les lignes 6 et S sur la figure 2, sont couplées par une impédance Z 12, réunie par deux fils ou métallisations 13 et 14 à deux points, respectivement, de la première bande 6 et de la deuxième bande 8 non voisines. L'impédance Z est soit une self, soit une capacité, déposées sur le substrat 4 sous forme de composant discret ou sous forme de couches épaisses. Les fils ou métallisations 13 et 14 sont fixés sur les deux lignes microbandes non voisines à des distances x3 et X4 , respectivement, des extrémités à la masse des deux lignes microbandes considérées. La distance x1 est choisie pour que le taux d'onde stationnaire à l'entrée TOS = 1, pour une impédance de 50 ohms. Le déplacement de la métallisation d'entrée 10, en faisant varier xl, permet d'adapter l'impédance à 75 ou 100 ohms, ou à quelqu'autre valeur. Pour raison de symétrie, et pour le même motlf, la distance x2 permet d'ajuster l'impédance de sortie du filtre passif. La fréquence centrale du filtre passe-bande est réglée par la longueur L des lignes microbandes. La bande passant du filtre est réglée par la largeur "1" des lignes, et par l'écartement "d" entre lignes. Plus une microbande est large, meilleur est le filtrage, mais moins bon est le rendement. L'écartement "d" joue le même rôle que la largeur "1" mais plus important. Des microbandes larges et/ou des écartements étroits donnent des bandes passantes larges et des TOS faibles. Des microbandes étroites et/ou des écartements larges donnent des bandes passantes étroites et des TOS importants. Les distances x3 et x4 permettent d'optimiser le couplage entre deux microbandes non voisines : elles définissent l'impédance d'entrée et l'impédance de sortie liées à la capacité ou self Z 12, et sont calculées en fonction des specifications requises pour le filtre. En effet, un filtre dans lequel les microbandes 6 et 8 ne seralent pas couplées a une courbe de réponse en fréquence qui est une courbe de Gauss, bien symétrique, et dont les flancs sont applatis : le filtrage n'est pas sélectif. Au contraire, un filtre selon l'invention qui comporte une impédance de couplage Z 12 a une courbe de réponse (S 21) en fonction de la fréquence F - qui se rapproche de la courbe 15 de la figure 3 lorsque la valeur de Z augmente ce filtre coupe bien les fréquences supérieures à la fréquence centrale - qui au contraire se rapproche de la courbe 16 lorsque la valeur de Z diminue : ce filtre a une mellleure réfection des fréquences inférieures. Par conséquent, le calcul et le choix des valeurs de X3, X4 et Z permet d'obtenir un filtre passif qui - soit a une forte réjection des fréquences supérieures, - soit a une forte réjection des fréquences inférieures - soit a une courbe de réponse symétrique avec de bonnes réjections hors de la fréquence centrale. Par ailleurs, on a constaté que la présence sur un filtre selon l'invention d'une ou plusieurs microbandes non couplées telle que la microbande 7 centrale améliore la réjection des fréquences extérieures à la fréquence centrale, et rend la courbe de réponse plus "carrée". Plus il y a de microbandes non couplées, plus la bande passante est étroite, mais plus est importante la perte d'insertion du filtre. De façon plus générale, un filtre selon l'invention peut comporter plus de trois microbandes telles que représentées en figure 2. Prenons le cas d'un filtre à 4 microbandes, qu'on appellera A,B,C,D. Différents couplages peuvent être effectués : couplage A-D ou couplage A-C et B-D. Le choix est effectué en fonction des spécifications imposées au filtre. Ce type de filtre passif est utilisé dans les systèmes de traitement de l'information, par exemple dans les radio-téléphones, dans la gamme 0,5 à 10 GHz, avec une bande passante de 0,9 à 1 GHz. REVENDICATIONS 1 - Filtre passif passe-bande, réalisé au moyen de mierobandes déposées sur une face d'un substrat diélectrique, caractérisé en ce qu'il comprend au moins trois microbandes (6,7,8), parallèles entre elles, dont une extrêmité est réunie par des moyens appropriés (9) au plan de masse (5) porté par la seconde face du substrat (4), au moins deux des dites microbandes (6,8), non voisines sur le substrat (4), étant couplées par une impédance Z de couplage (12), qui est une self ou une capacité. 2 - Filtre passif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, l'impédance Z (12) étant réunie à une première microbande (6) par un fil ou métallisation (13) fixé sur la microbande (6) à une distance x3 à partir du point de masse (9), et réunie à une deuxième microbande (8), non voisine de la première, par un fil ou métallisation (14) fixé sur la microbande (8) à une distance x4 à partir du point de masse (9), les distances x3 et x4 determinent les impédances des deux microbandes (6,8) couplées à l'impédance Z de couplage (12), l'impédance totale définissant la courbe de réponse du filtre meilleure réjection des fréquences élevées pour Z éIevé, meilleure résection des fréquences basses pour Z faible. 3 - Filtre passif selon la revendication 2, dans lequel les microbandes (6,7,8) ont une longueur L, une largeur 1 et un écartement d entre elles, caractérisé en ce que - la longueur L règle la fréquence centrale du filtre, - la largeur 1 et l'écartement d réglent la bande passante et le taux d'ondes stationnaires, du filtre, la bande passante étant proportionnelle à la largeur 1, et le taux d'ondes stationnaires étant inversement proportionnel à l'écartement d. 4 - Filtre passif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal d'entrée E est appliqué sur la première microbande (6) au moyen d'une métallisation (10), à une distance x1 a partir du point de masse (9), et le signal de sortie S est recueilll sur la deuxième mlcrobande (8), couplée à la première, au moyen d'une métallisation (11), à une distance X2 à partir du point de masse (9), les distances x1 et x2 déterminant les impédances d'entrée et de sortie du filtre passif. 5 - Filtre passif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la microbande (7) non couplée par l'impédance Z de couplage (12) augmente le taux de réjection du filtre.