Brevet FR2694452A1 — publié le 19940204

FILTRE PASSE-BANDE AGILE POUR HYPERFREQUENCES La présente invention concerne un filtre passe-bande agile pour hyperfréquences. Un tel filtre est un filtre pour des fréquences supérieures à quelques gigahertz. Il doit généralement avoir une bande passante étroite. Il est dit agile en ce que cette bande passante est aisément déplaçable, par exemple en réponse à une commande électrique. De telles filtres sont couramment employés dans les étages d'émission et de réception de faisceaux hertziens. Il est de plus souhaitable que le même type de filtre puisse être utilisé aussi bien dans les étages d'émission que dans les étages de réception. Différentes techniques connues sont employées pour la réalisation de tels filtres. On connait par exemple des filtres dans lesquels un éléments mobile affectant la position de la bande passante est mécaniquement déplacé à l'aide d'un moteur. Une telle technique présente des inconvénients en termes de poids, d'encombrement et de coût. On connaît également des filtres incorporant un résonateur YIG (Yttrium Iron Carnet, soit grenat yttrium-fer) sensible à l'effet d'un champ magnétique. Ce grenat ne peut supporter des puissances élevées et de ce fait une telle technique n'est pas applicable dans les filtres pour étages d'émission. On connaît encore des filtres à diodes varactor, mais qui présentent des limitations aussi bien en fréquence (utilisation limitée à des fréquences inférieures à 2 GHz), qu'en puissance (limitée à OdBm). On connaît enfin des filtres à résonateur constitué au moins partiellement de ferrite dans lesquelles de telles limitations ne se rencontrent pas. Un exemple de cette dernière technique est décrit dans le document FR-A-2 610 766. Le filtre comprend une ligne coaxiale résonante réalisée à partir d'un barreau de ferrite polycristallin métallisé placé sous l'influence d'un champ magnétique. Le champ magnétique fait varier la perméabilité du matériau ferrite, de façon à modifier la longueur électrique de la ligne coaxiale et par là-même la fréquence de résonance du résonateur, déplaçant ainsi la bande passante du filtre. Toutefois, cette technique ne permet pas d'atteindre les forts coefficients de surtension à vide qui sont nécessaires pour l'obtention d'une bande passante étroite. Un autre exemple d'application de cette technique est présenté dans le document FR-A-90 02280. Le filtre décrit comprend une section de guide d'ondes rectangulaire propageant un mode évanescent aux fréquences considérées, dans laquelle est placé un résonateur en ferrite polycristallin, de forme cylindrique, dont l'axe de symétrie de révolution est orthogonal aux grandes faces du guide d'ondes. Un champ magnétique lui est appliqué selon cet axe. Un coefficient de surtension élevé est obtenu, mais, le rapport de la largeur de bande dans laquelle le filtre est accordable à la valeur de la fréquence centrale de cette bande, qui mesure l'agilité du filtre, est relativement faible par rapport aux besoins. Il est en fait limité à cause de l'apparition de modes parasites, lorsque l'on s'écarte par trop de la fréquence centrale de la bande. Le document FR-A-91 03875 décrit une variante d'un tel filtre dans laquelle, pour limiter les modes parasites et augmenter l'agilité, le résonateur de forme et de position inchangées, est réalisé comme une structure composite comprenant plusieurs disques superposés. Toutefois, l'augmentation de l'agilité y est obtenue au prix d'une limitation dans le coefficient de surtension à vide. L'invention vise à résoudre ce dernier problème sans rien sacrifier par ailleurs et donc à obtenir, tout à la fois, une grande agilité et un coefficient de surtension élevé. Cet objectif est atteint, selon l'invention, à l'aide d'un filtre passe-bande agile pour hyperfréquence comprenant une section de guide d'ondes rectangulaire incluant une paire de grandes parois longitudinales définissant une paire de grandes faces internes longitudinales, une paire de petites parois longitudinales définissant une paire de petites faces internes longitudinales et deux plaques d'extrémité, l'une et l'autre pourvues d'un dispositif de couplage de signal, le dimensionnement de cette section de guide d'ondes étant tel qu'elle propage un mode évanescent aux fréquences de travail du filtre, ainsi qu'un résonateur en ferrite polycristallin, de forme cylindrique, disposé dans ladite section de guide d'ondes et placé sous l'influence d'un champ magnétique commandant la position en fréquence de la bande passante du filtre; ce filtre se caractérise en ce que l'axe de symétrie de révolution dudit résonateur est parallèle auxdites grandes faces internes longitudinales. Ce résonateur peut être maintenu en place par coincement. Toutefois, selon une forme de réalisation avantageuse, l'une au moins desdites grandes faces internes longitudinales de la section de guide d'ondes est creusée, ce qui ménage, dans l'épaisseur de la grande paroi longitudinale correspondante, un évidement prévu pour recevoir une partie de la section circulaire du résonateur et ainsi maintenir celui-ci en place par coopération de forme. Selon une autre forme de réalisation avantageuse de l'invention, ladite grande paroi longitudinale au moins comporte également un évidement externe définissant un amincissement de la paroi à l'endroit où se trouve ledit résonateur, évidement destiné à recevoir une extrémité d'un circuit magnétique fournissant ledit champ magnétique. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, ladite section de guide d'ondes contient au moins deux résonateurs. Le couplage entre ces deux résonateurs peut être effectué par iris, ou encore par vis. L'invention sera maintenant exposée de façon plus détaillée et ses caractéristiques apparaîtront de façon plus complète dans la description qui va suivre de modes de réalisation de cette invention, faite en se reportant aux figures annexées qui représentent - les figures la et lb, des vues en coupe longitudinale et en coupe transversale d'un mode de réalisation du filtre de l'invention, - les figures 2a et 2b, des vues similaires d'un deuxième mode de réalisation du filtre de l'invention, - la figure 3, une vue en perspective shématique partielle du filtre desfigures la, lb, - la figure 4, une vue en coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation du filtre de l'invention comprenant deux résonateurs dans la même section de guide d'ondes, - les figures 5a et 5b, la section de couplage 214 du filtre de la figure 4, avec'deux moyens de couplage différents, un iris ou une vis, - la figure 6, des courbes caractérisant la réponse en fréquence du filtre des figures la, lb. Les figures la et lb représentent un premier mode de réalisation du filtre hyperfréquence de l'invention. Il comprend une section de guide d'ondes rectangulaire 10 incluant une paire de grandes parois longitudinales métalliques 20 et 21 définissant une paire de grandes faces internes longitudinales 24 et 25, une paire de petites parois longitudinales métalliques 22 et 23 définissant une paire de petites faces internes longitudinales 26 et 27 et deux plaques métalliques d'extrémité 2 et 8, l'une et l'autre pourvues d'un dispositif de couplage de signal 1 et 9. L'un d'eux sert d'entrée de signal et l'autre de sortie de signal.Ces dispositifs de couplage sont dans ce cas des connecteurs coaxiaux dont le conducteur central se prolonge jusque dans l'espace interne de la section de guide d'ondes 10, à travers des bouchons isolants 3 et 7, respectivement, pour former des antennes 4 et 6, respectivement. Le dimensionnement de cette section de guide d'ondes 10 est tel qu'elle propage un mode évanescent aux fréquences de travail du filtre. Le filtre comprend en outre un résonateur en ferrite polycristallin 5, de forme cylindrique, disposé dans ladite section de guide d'ondes 10. I1 est placé sous l'influence d'un champ magnétique produit par des moyens de commande non représentés engendrant ce champ magnétique dans un circuit magnétique dont ne sont visibles que des pièces polaires 11 et 12 disposées à l'extérieur et au voisinage des grandes parois longitudinales 20 et 21 respectivement, en face de l'endroit où, derrière ces parois, se trouve le résonateur 5. L'intensité de ce champ magnétique commande la fréquence de résonance du résonateur et par suite la position en fréquence de la bande passante du filtre.Selon une caractéristique essentielle de l'invention, l'axe de symétrie de révolution du résonateur 5 est parallèle aux grandes faces internes longitudinales 24 et 25. Cet axe coïncide sensiblement avec l'axe longitudinal central de la section de guide d'ondes 10 et le résonateur est disposé de préférence à égale distance des deux plaques d'extrémité 2 et 8. Comme on le verra par la suite, on a pu constater expérimentalement qu'une telle disposition permet d'atteindre le résultat visé d'une surtension à vide importante et d'une agilité d'environ +/- 10 %. Ce résonateur peut être simplement maintenu en place par coincement, ces dimensions étant telles qu'il ne rentre qutà force entre les deux grandes surfaces longitudinales internes 24 et 25. La figure 3 qui est une vue en perpective partielle, avec une partie coupée des parois longitudinales 20, 21, 22, 23 et le résonateur 5, illustre plus clairement la forme et la position du résonateur 5. Dans un exemple spécifique, le résonateur 5 a un diamètre de 18 mm et une longueur de 20 mm. Les dimensions internes de la section de guide d'ondes sont 30 x 18 x 30 mm. La largeur de 30 mm du guide pourrait être plus réduite, à condition que la propagation dans le guide reste sous la coupure des modes guidés. Il est toutefois souhaitable de conserver un espace de 2 mm entre les surfaces internes des petites parois longitudinales et le résonateur. La hauteur de 18 mm correspond au diamètre du résonateur 5. La longueur est de 30 mm dans le sens de la propagation. La fréquence de résonance du filtre est déterminée par les caractéristiques du matériau dont est fait le résonateur 5 et par son volume. Le champ magnétique influence les caractéristiques du matériau, en particulier sa perméabilité magnétique, déplaçant la fréquence de résonance, comme on le verra par la suite. On se tournera maintenant brièvement vers les figures 2a et 2b pour présenter une autre forme de réalisation présentant certains avantages. Dans cette deuxième forme de réalisation, par ailleurs conforme à celle des figures la et lb, l'une au moins desdites grandes faces internes longitudinales 124 de la section de guide d'ondes 110 est creusée, ce qui ménage, dans l'épaisseur de la grande paroi longitudinale correspondante 120, un évidement 130 prévu pour recevoir une partie de la section circulaire du résonateur 105 et ainsi maintenir celui-ci en place par coopération de forme. Les mêmes dispositions seront avantageusement prévues en rapport avec l'autre grande paroi longitudinale, comme le représentent les figures 2a et 2b. De plus, selon une autre forme de réalisation avantageuse de l'invention, illustrée aussi à la figure 2b, la grande paroi longitudinale 120 comporte également un évidement externe 140 définissant un amincissement de la paroi à l'endroit 150 où se trouve le résonateur 105, évidement destiné à recevoir une extrémité 111 d'un circuit magnétique fournissant le champ magnétique de commande de la fréquence de résonance du résonateur ; cette extrémité est conformée en conséquence, c'est-à-dire épouse la surface cylindrique du résonateur 105. On obtient ainsi une meilleure efficacité dans la commande de la fréquence de résonance du résonateur. La figure 4 représente une variante du filtre des figures la et lb, ayant une structure de guide d'onde conforme à ce que l'on a décrit, dont les extrémités 201 et 210 en particulier sont les mêmes, mais dont le volume interne est assez grand pour accommoder deux résonateurs 205 et 206, disposés en tandem, le premier commandé par un premier circuit magnétique dont on voit les pièces polaires 212, 214 et le second par un deuxième circuit magnétique dont on voit les pièces polaires 213, 215. Le couplage entre les deux résonateurs est réalisé par une section de couplage 217 qui peut comprendre comme le représentent les vues de détail des figures 5a et 5B, soit un iris 220, soit une vis 230. La figure 6 représente courbe de réponse, du niveau N en fonction de la fréquence F, du filtre des figures la et lb pour différentes valeurs (CMî, CM2, CM3, CM4, CM5) du champ magnétique polarisant le résonateur 5. On voit que le filtre permet le déplacement du pic constituant la bande passante de -10 % à + 10 % autour d'une fréquence centrale Fo, soit une agilité de 20 %. Au-delà (champ CMI), le filtre présente non seulement la bande passante désirée (avant Fo 10 %), mais aussi un pic parasite (après Fo + 10 %). On a constaté également une légère amélioration du coefficient de surtension à vide, par rapport à la solution à résonateur à axe de symétrie de révolution perpendiculaire aux grandes faces longitudinales de la section de guide d'onde. REVENDICATIONS 1. Filtre passe-bande agile pour hyperfréquences comprenant une section de guide d'ondes rectangulaire incluant une paire de grandes parois longitudinales définissant une paire de grandes faces internes longitudinales, une paire de petites parois longitudinales définissant une paire de petites faces internes longitudinales et deux plaques d'extrémité, l'une et l'autre pourvues d'un dispositif de couplage de signal, le dimensionnement de cette section de guide d'ondes étant tel qu'elle propage un mode évanescent aux fréquences de travail du filtre, ainsi qu'un résonateur en ferrite polycristallin, de forme cylindrique, disposé dans ladite section de guide d'ondes et placé sous l'influence d'un champ magnétique commandant la position en fréquence de la bande passante du filtre, caractérisé en ce que l'axe de symétrie de révolution dudit résonateur (5) est parallèle aux grandes faces internes longitudinales (26, 27). 2. Filtre passe-bande agile pour hyperfréquences conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que ledit résonateur (5) est maintenu en place par coincement. 3. Filtre passe-bande agile pour hyperfréquences conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que l'une au moins desdites grandes parois longitudinales (120) de la section de guide d'ondes est creusée, ce qui ménage, dans l'épaisseur de la grande paroi longitudinale correspondante (140), un évidement (130) prévu pour recevoir une partie de la section circulaire du résonateur (105) et ainsi maintenir celui-ci en place par coopération de forme. 4. Filtre passe-bande agile pour hyperfréquences conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que ladite grande paroi longitudinale au moins (120) comporte également un évidement externe (140) définissant un amincissement de la paroi à l'endroit (150) où se trouve ledit résonateur, évidement destinéà recevoir une extrémité (111) d'un circuit magnétique fournissant ledit champ magnétique. 5. Filtre passe-bande agile pour hyperfréquences conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite section de guide d'ondes contient au moins deux résonateurs (205, 206). 6. Filtre passe-bande agile pour hyperfréquences conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que le couplage entre lesdits deux résonateurs est effectué par un iris. 7. Filtre passe-bande agile pour hyperfréquences conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que le couplage entre lesdits deux résonateurs est effectué par une vis.