Brevet FR2665576A1 — publié le 19920207

FILTRE HYPERFREQUENCE L'invention concerne un filtre hyperfréquence du type à cavités destiné à être inséré en amont d'un amplificateur à faible bruit d'une station de réception de radiocommunications, notamment pour radiocommunications satellites. I1 est courant pour les applications de radiocommunications dans les bandes des hyperfréquences de réaliser la chaîne de réception avec un guide d'ondes principal reliant l'antenne de réception à l'amplificateur faible bruit. Un tel guide d'ondes principal peut par exemple être constitué d'un tube métallique de section rectangulaire adaptée connu en soi. Etant donné que l'antenne doit avoir une très faible température de bruit, il est souhaitable d'éliminer au mieux les signaux parasites internes sur la chaîne de réception en amont de l'amplificateur à faible bruit tout en réduisant au maximum les pertes d'insertion. Pour éliminer ces signaux parasites il est connu d'adapter, dans une partie de longueur du guide d'ondes principal, un éléments de filtrage passe-haut en guide d'ondes. Cet éléments de filtrage passe-haut comprend une portion centrale dont la plus grande dimension en section droite est rétrécie par rapport à la dimension homologue du guide d'ondes principal pour obtenir une fréquence de coupure désirée.Les extrémités d'acces de cette portion centrale sont raccordées au guide d'ondes principal par des éléments de transformations permettant d'adapter l'impédance de la portion centrale à l'impédance du guide principal. Toutefois cette fonction de filtrage passe-haut en guide d'ondes s'avère inefficace pour éliminer les perturbations externes à l'antenne de réception, telles que les perturbations d'origine naturelle, industrielle, etc...., et plus particulièrement celles liées aux radars de forte puissance émettant dans la bande de réception de l'antenne. Les signaux impulsionnels fournis par les radars, dans le plan des fréquences: H1 : 1,2 à 1,4 GHz; H2 : 2,4 à 2,8 GHz; H3 : 3,6 à 4,2 GHz, sont de nature à engendrer des harmoniques H2 et H3 qui sont captés par la chaîne de réception et aveuglent l'amplificateur à faible bruit. Il est donc nécessaire d'effectuer un filtrage passe-haut pour éliminer l'harmonique H2 et un filtrage coupe-bande pour éliminer l'hamonique H3 pour un récepteur en bande C. Pour pallier cet inconvénient on connait des filtres réjecteur de bandes en guide d'ondes du type à cavités. Plus particulièrement, de tels filtres réjecteur de bande hyperfréquence sont réalisés en utilisant une ou plusieurs cavités résonnantes couplées par des ouvertures de couplage le long d' un guide d'ondes principal, les cavités résonnantes étant espacées l'une de l'autre d'un multiple impair du quart de la longueur d'onde guidée. Le nombre de cavités résonnantes et la conformation des ouvertures de couplage déterminent la plage des fréquences coupées et le facteur de surtension de la courbe de réponse du filtre. Le filtre réjecteur de bande est alors couplé en série par des brides de fixation avec le filtre passe-haut de manière à réaliser les deux fonctions de filtrage désirées sur le signal hyperfréquence à amplifier. Toutefois le couplage en série des deux éléments de filtrage en guide d'ondes présentent de nombreux inconvénients. En particulier, l'addition des longueurs physiques des deux éléments de filtrage est la cause de pertes d'insertion supplémentaires, en très faible température de bruit. Par ailleurs on augmente les risques de fuites radioélectriques et les fuites d'air de la pressurisation dues aux imperfections de polissage des surfaces de jonction dans les zones de raccordement des guides d'ondes. Il est connu que le cumul de ROS des filtres successifs atténue le signal utile à amplifier. Enfin cet assemblage en série des filtres en guide d'ondes est encombrant et il est souvent nécessaire de prévoir des coudes de raccordement entre les guides d'onde, pour rendre la structure du guide d'ondes principal plus compacte. Par conséquent une telle combinaison de filtres en guide d'ondes est inadaptée pour une antenne avec une faible température de bruit. L'invention vise à pallier les inconvénients mentionnés précédemment et un premier objectif de l'invention est de fournir un filtre hyperfréquence constitué d'un seul guide d'onde principal pour réaliser à la fois la fonction de filtrage passe-haut et la fonction de filtrage coupebande. Un second objectif de l'invention est de fournir un filtre hyperfréquence multi-fonctions dont la longueur est réduite pour minimiser les pertes d'insertion. Un troisième objectif de l'invention est de fournir un tel filtre hyperfréquence permettant de conserver un ROS favorable même en combinant plusieurs éléments de filtrage. Un quatrième objectif de l'invention est de fournir un tel filtre hyperfréquence qui soit d'un encombrement le plus réduit possible. Ces différents objectifs sont atteints à l'aide d'un filtre hyperfréquence du type à cavités destiné à être inséré en amont d'un amplificateur faible bruit d'une station de réception de radiocommunications, notamment pour radiocommunications par satellites, ce filtre coopérant avec un guide d'ondes principal comprenant un éléments de filtrage passe-haut avec une portion centrale dont la plus grande dimension en section droite est rétrécie par rapport à la dimension homologue du guide d'ondes principal, caractérisé en ce que ladite portion centrale communique en outre avec au moins un guide d'ondes secondaire en court-circuit couplé à cette portion centrale par un iris de couplage pour constituer une cavité de filtrage coupe-bande. Ainsi en utilisant la portion centrale de l'éléments de filtrage passe-haut pour introduire la fonction de filtrage coupe-bande on satisfait aux conditions de très faibles pertes d'insertion (limitées à celles de l'éléments de filtrage passe-haut) et du meilleur ROS possible. La longueur physique du filtre hyperfréquence selon l'invention est réduite à celle de l'éléments de filtrage passe-haut ce qui permet de réduire les coûts de fabrication, le nombre de brides de fixation et les risques de fuites. Selon une autre caractéristique de l'invention le guide d'ondes secondaire est relié à la portion centrale sur le côté de celle-ci correspondant à la plus grande dimension. Selon encore une autre caractéristique de l'invention le filtre hyperfréquence comprend une pluralité de guides d'ondes secondaires, dans lequel l'espacement entre guides d'ondes secondaires successifs est de n.Lg/4; n étant un entier impair et Lg étant la longueur d'onde guidée. Selon encore une autre caractéristique de l'invention les guides d'ondes secondaires sont disposés alternativement sur un côté et sur le côté opposé de la portion centrale. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore mieux à la lecture de la description qui suit de différents modes de réalisation préférentiels de l'invention accompagnée des dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente de façon schématique un filtre hyperfréquence selon l'invention dans lequel les guides d'ondes secondaires sont répartis sur un seul côté de la portion centrale; la figure 2 représente de façon schématique le même filtre hyperfréquence mais dans lequel les guides d'ondes secondaires sont répartis des deux côtés de la portion centrale; la figure 3 est un graphique représentant une courbe de réponse amplitude/fréquence du filtre hyperfréquence selon l'invention. En se reportant à la figure 1, le filtre hyperfréquence multi-fonctions selon l'invention est réalisé avec un guide d'onde principal 10 rectiligne de section droite rectangulaire ayant un côté de grande dimension b et un côté de petite dimension a. Le guide d'onde principal 10 comporte une portion centrale 20 dont la plus grande dimension b' est rétrécie par rapport à la dimension homologue b du guide d'onde principal pour former un éléments de filtrage passehaut. La fréquence de coupure de l'éléments de filtrage passe-haut est déterminée de façon connue par la plus grande dimension b' de la section droite de cette portion centrale. La portion centrale 20 est par ailleurs munie à ses deux extrémités de sections de transformation 30 d'épaisseur Lg/4 pour adapter son impédance à celle du guide d'ondes principal, où Lg est la longueur d'onde guidée.De façon connue, la portion centrale 20, les sections de transformation 30 et le guide d'ondes principal 10 sont reliés rigidement et hermétiquement par des brides de fixation non représentées sur cette figure. Un ou plusieurs guides d'ondes secondaires 40 en court-circuit formant une ou des cavités résonnantes communiquent avec la portion centrale 20 du guide d'ondes principal 10 par un ou des iris de couplage 50 pour former un éléments de filtrage coupe-bande. Les iris de couplage 50 sont disposés à intervalles réguliers, espacés de nLg/4, sur la longueur 1 de la portion centrale 20 correspondant à la plus grande dimension b' de la section droite, où n est un nombre impair. De préférence n sera choisi supérieur à un pour éviter les interactions fortes des champs electromagnétiques dans les cavités résonnantes voisines. Dans l'exemple représenté en figure 1 n est égal à 3.Dans l'éléments de filtrage coupe-bande, chaque cavité résonnante 40 est formée à partir d'un guide d'onde de section droite rectangulaire dont la longueur est sensiblement inférieure à la moitié de la longueur d'onde guidée Lg Sur la figure 1, on a représenté un filtre hyperfréquence selon l'invention, dans lequel les cavités résonnantes 40 sont toutes disposées sur le même côté de la portion centrale 20 du guide d'ondes principal 10, ce côté correspondant à la plus grande dimension b' en section droite de la portion centrale 20. La figure 2 représente le même filtre hyperfréquence tel que représenté en figure 1, selon une coupe II-II, mais dans lequel les cavités résonnantes sont disposées alternativement sur un côté et sur le côté opposé de la portion centrale 20 du guide d'ondes principal 10. Les guides d'ondes secondaires 40 sont espacés entre eux de 3Lg/4. Comme cela est bien connu de l'homme de l'art, le nombre de guides d'ondes secondaires 40 couplés au guide d'ondes principal 10 (dans sa partie centrale) détermine le facteur de surtension de la courbe de réponse de l'élément de filtrage coupe-bande. Comme visible sur cette figure, les guides d'ondes secondaires comportent un plongeur réglable constitué par une vis mobile par exemple, pour accordée la cavité résonnante sur une fréquence de réjection. Avantageusement la section droite des guides d'ondes secondaires 40 est une section circulaire pour améliorer la fonction de filtrage coupe-bande par une meilleur surtension des cavités résonnantes. Sur la figure 3, on a représenté la courbe de réponse amplitude-fréquence d'un filtre hyperfréquence selon l'invention pour une transmission du filtre hyperfréquence dans la bande de fréquences 3,625-4,25GHz. On peut observer sur cette figure que le Rapport d'Ondes Stationnaires (ROS) est minimum dans cette bande de fréquences sauf sur une plage de fréquences correspond aux fréquences rejetées (coupebande). On a représenté aussi sur cette figure l'amplitude du signal transmis par le filtre hyperfréquence pour laquelle on distingue aussi la fonction passe-haut et la fonction coupe-bande du filtre hyperfréquence. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus decrits et on pourra prévoir d'autres variantes sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Filtre hyperfréquence du type à cavités destiné à être inséré en amont d'un amplificateur faible bruit d'une station de réception de radiocommunications, notamment pour radiocommunications par satellites, ce filtre coopérant avec un guide d'ondes principal (10) comprenant un éléments de filtrage passe-haut avec une portion centrale (20) dont la plus grande dimension en section droite est rétrécie par rapport à la dimension homologue du guide d'ondes principal, caractérisé en ce que ladite portion centrale (20) communique en outre avec au moins un guide d'ondes secondaire en court-circuit (40) couplé a cette portion centrale (20) par un iris de couplage (50) pour constituer une cavité de filtrage coupe-bande. 2. Filtre hyperfréquence selon la revendication 1 dans lequel ledit guide d'ondes secondaire (40) est relié à la portion centrale (20) sur le côté de celle-ci correspondant å ladite plus grande dimension. 3. Filtre hyperfréquence selon la revendication 1 comprenant une pluralité de guides d'ondes secondaires (40), dans lequel l'espacement entre guides d'ondes secondaires successifs est de n.Dg/4; n étant un entier impair et Lg étant la longueur d'onde guidée. 4. Filtre hyperfréquence selon la revendication 3 dans lequel les guides d'ondes secondaires (40) sont disposés alternativement sur un côté et sur le côté opposé de la portion centrale (20). 5. Filtre hyperfréquence selon la revendication 1 dans lequel la section droite dudit guide d'ondes secondaire (40) est une section circulaire. 6. Filtre hyperfréquence selon la revendication 1 dans lequel la section droite dudit guide d'ondes secondaire (40) est une section rectangulaire. 7. Filtre hyperfréquence selon la revendication 1 dans lequel le guide d'ondes secondaire (40) comporte un éléments d'accord en forme de plongeur réglable (60).