Brevet FR2693036A1 — publié le 19931231

FILTRE PASSE-BANDE A LIGNES A COUPLAGE PARALLELE La présente invention a trait à un filtre passe-bande pour une utilisation dans la bande hyperfréquence (SHF), et en particulier à un filtre passe-bande à lignes à couplage parallèle qui utilise des lignes microbandes en tant que résonateur. D'une manière générale, un filtre passe-bande dans la bande SHF est utilisé à la sortie d'un émetteur SHF, à l'entrée d'un récepteur SHF et à la sortie d'un convertisseur de fréquence, de manière à réduire les pertes d'insertion d'un signal émis et à accroître la possibilité d'élimination de fréquences indésirables Un tel filtre passe-bande est utilisé dans un amplificateur et dans un convertisseur de fréquence nécessaires pour la configuration de systèmes hyperfréquences terrestres et de systèmes de communication par satellite Des filtres passe- bande SHF on été récemment réalisés en formant un réseau de lignes microbandes en parallèle Cependant, dans le filtre passe-bande à lignes à couplage parallèle utilisant des lignes microbandes, la distance entre les lignes à couplage parallèle des première et dernière lignes microbandes parallèle est inférieure à une certaine valeur ( 0,1 mm), ce qui rend difficile la fabrication du filtre Par conséquent, durant la conception du filtre, l'estimation précise des pertes d'insertion et de la largeur de bande d'un tel filtre passe-bande est difficile. Ces problèmes seront décrits ci-après en détail en référence aux dessins annexés. La Figure 1 est une vue schématique d'une ligne générale de transmission à couplage parallèle à quatre bornes. En référence à la Figure 1, la ligne de transmission à couplage parallèle comporte des bornes 1 et 4 qui constituent une entrée, des bornes 2 et 3 qui constituent une sortie, et des lignes microbandes 5 et 6 disposées en parallèle espacées d'une distance d et chacune caractérisée par une longueur et une largeur W Ici, la longueur L possède une valeur correspondant à un quart de longueur d'onde (À/4) d'un signal. La Figure 2 est une vue schématique d'un filtre passe- bande classique à lignes à couplage parallèle et utilisant un résonateur à impédance en échelon En référence à la Figure 2, deux lignes à couplage parallèle à deux bornes B LiB Ln+i (dans lesquelles les bornes 3 et 4 de la ligne à couplage parallèle à quatre bornes de la Figure 1 sont laissées ouvertes) sont consécutivement disposées en échelon Les lignes à couplage parallèle à deux bornes B Li-B Ln+l sont réalisées à l'aide de lignes microbandes S Li-SL 2 n+ 2 qui sont disposées de manière à avoir des distances différentes di-dn+ 1 L'impédance Zo désigne l'impédance caractéristique de la ligne d'entrée et de la ligne de sortie. La Figure 3 A est un schéma de circuit équivalent d'une (i+l)ième ligne à couplage parallèle à deux bornes arbitraire B Li+l du filtre passe-bande à lignes à couplage parallèle représenté sur la Figure 3 En référence à la Figure 3 A, pour l'inverseur d'admittance j(i, i+l), l'impédance caractéristique de celui-ci est égale à celle des lignes d'entrée/sortie du filtre passe-bande. Egalement, les lignes d'entrée/sortie O L 2 i et O L 2 i+i ont chacune une longueur d'un quart de longueur d'onde. La Figure 3 B est un schéma de circuit équivalent du filtre passe- bande à lignes à couplage parallèle représenté sur la Figure 2 En référence, à la Figure 3 B, n+l inverseurs d'admittance j( 0, l)-j(n, n+ l) sont connectés en série par l'intermédiaire de lignes d'entrée/sortie O/Lo O L 2 n+ 1 dont chacune a également une longueur d'un quart de longueur d'onde L'impédance caractéristique des lignes d'entrée/sortie quart d'onde O Lo O L 2 n+i est égale à l'impédance d'entrée/sortie Zo du filtre passe-bande Par conséquent, les impédances Z(e)o (mode pair) et Z(O)o (mode impair) de chacune des lignes à couplage parallèle à deux bornes B LiB Ln+l représentées sur la Figure 2 sont exprimées comme suit: Z(e) O o (i, i+l)= Zo + Zo i(i, i+l) + i Zo- J(i, i+l)j)) ( 1) z( )O(i, i+l) = Zo Li + Zo Ji(i, i+l) Zo J(i, i+) 3 ( 2) En utilisant les équations ( 1) et ( 2), si les impédances du mode pair et du mode impair des première et dernière lignes à couplage parallèle B Li et B Ln+ l du filtre passe-bande représenté sur la Figure 2 sont calculées, on remarquera que les impédances Z(e)o(o, i) et Z(O)o(o, i) de la première ligne à couplage parallèle sont les mêmes que les impédances Z(e)o(n, n+l) et Z(O)o(n, n+l) de la dernière ligne à couplage parallèle En utilisant les valeurs d'impédance du mode pair et du mode impair, si la largeur W des lignes microbandes SL 1, SL 2, SL 2 n+ 1 et SL 2 n+ 2 constituant les premières et dernières lignes à couplage parallèle B Li et B Ln+i et la distance d entre les lignes microbandes sont calculées, la valeur de la distance d est inférieure à 0,1 mmn Ceci n'est pas facile à réaliser avec des panneaux de circuit imprimé ordinaires (par exemple, des panneaux en verre epoxy). Pour surmonter le problème précité (lorsque d d'insertion et de la largeur de bande d'un filtre passe- bande particulier durant la conception. Par conséquent, un des buts de la présente invention est de proposer un filtre passe-bande à lignes à couplage parallèle utilisant un résonateur à impédance en échelon qui accroît la distance entre les lignes microbandes pour les première et dernière lignes microbandes couplage parallèle du filtre, et qui n'a aucune section discontinue dans les lignes microbandes. Afin d'atteindre le but de la présente invention, il est prévu un filtre passe-bande à lignes à couplage parallèle comportant au moins une paire de lignes à couplage parallèle à deux bornes disposées consécutivement en un échelon, la largeur desdites paries de lignes à couplage parallèle à deux bornes étant alternativement augmentée et réduite. Selon des caractéristiques particulière de l'invention: les impédances caractéristiques desdites paires de lignes à couplage parallèle à deux bornes sont fixées pour être différentes les une des autres. les impédances caractéristiques de la paire centrale de lignes à couplage parallèle à deux bornes sont fixées pour être les mêmes de sorte que l'agencement desdites paires de lignes à couplage parallèle à deux bornes est symétrique au centre du filtre. Le but précité ainsi que d'autres avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description détaillée d'un mode de réalisation de celle-ci en référence aux dessins annexés sur lesquels: la Figure 1 est une vue schématique d'une ligne de transmission à couplage parallèle à quatre bornes, la Figure 2 est une vue schématique d'un filtre passe- bande classique à lignes à couplage parallèle; la Figure 3 A est un schéma de circuit équivalent d'une (i+l)ième ligne à couplage parallèle à deux bornes du filtre passe-bande représenté sur la Figure 2; la Figure 3 B est un schéma de circuit équivalent du filtre passe-bande représenté sur la Figure 2; la Figure 4 représente une structure à couplages multiples des première et dernière paires de bornes des lignes à couplage parallèle du filtre passe-bande représenté sur la Figure 2, la Figure 5 est une vue schématique d'un filtre passe- bande de la présente invention la Figure 6 est un schéma de circuit équivalent du filtre passe-bande à lignes à couplage parallèle représenté sur la Figure 5; et la Figure 7 est un graphique caractéristique des pertes d'insertion et de l'atténuation du filtre passe-bande à lignes à couplage parallèle représenté sur la Figure 4. En référence à la Figure 5, n+ 1 lignes à couplage parallèle à deux bornes B Li-B Ln+l sont consécutivement disposées en réseau en échelon Pour former n+l lignes à couplage parallèle B Li-B Ln+l, n+ l paires de lignes microbandes SL 1-SL 2 n+ 2 disposées chacune en parallèle et espacées d'une distance prédéterminée di-dn+i possèdent des largeurs W qui sont beaucoup plus larges ou beaucoup plus étroites que celles de paires adjacentes des lignes microbandes de lignes à couplage parallèle B Li-B Ln+i et possèdent des longueurs correspondant au quart de la longueur d'onde (A/4) du signal à traiter. En référence à la Figure 6, n+l inverseurs d'admittance j( 0, 1)j(n, n+ 1) possèdent des lignes d'entrée/sortie quart d'onde O Lo O L 2 n+ I sur les côtés d'entrée et de sortie L'impédance caractéristique des lignes d'entrée/sortie quart d'onde O Lo O L 2 n+I de chacun des inverseurs d'admittance j( 0, 1)j(n, n+ l) est fixées à Zo(i+l) qui est une valeur différente des impédances caractéristiques des lignes quart d'onde des inverseurs d'admittance adjacents. Conformément à l'impédance caractéristique Zo(i+l) des lignes d'entrée/sortie quart d'onde O L 1-0 L 2 n+ 1 représentée sur la Figure 6, les impédances Z(e)o (mode pair) et Z(O)o (mode impair) des lignes à couplage parallèles à deux bornes B Li-B Ln+l représentées sur la Figure 5 seront exprimées comme suit: Z(e)O(i, i+l) ZO(i+l) Z(i+ l) i +l) Z O (i+l)'(i, i+l)2 l () Z(O) O(i, i+l) = Zo(i+l)l 1 Z O (i+l)'J(i, i+l) + IZ O (i+l)'i(i, i+ 1)} 23 ( 4) En utilisant les équations ( 3) et ( 4), si les impédances du mode pair et du mode impair des première et dernière lignes à couplage parallèle B Li et B Ln+l dans le filtre passe-bande représenté sur la Figure 5 sont calculées, il faut remarquer que les impédances Z(e)o(o, z) et Z(O)o(o, 1) de la première ligne à couplage parallèle B Li ne sont pas les mêmes que les impédances Z(e)o(n, n+I) et Z(O)o(n, n+i) de la dernière ligne à couplage parallèle B Ln+i Cependant, pour la symétrie du circuit, lorsque l'impédance caractéristique ZO(i) des lignes d'entrée/sortie quart d'onde O L 2 i-1 et O L 2 i de la ième ligne à couplage parallèle B Li (située au centre des lignes à couplage parallèle à deux bornes BLî-B Ln+l constituant le filtre passe-bande de la figure 5) est fixée pour être la même que les impédances caractéristiques des lignes à couplage parallèle adjacentes B Li et B Li+l, les impédances Z(e)o(o, l) et Z(O)o(o, l) de la première ligne à couplage parallèle à deux bornes B Li sont les mêmes que les impédances Z(e)o(n, n+l) et Z(O)o(n, n+I) de la (n+l)ième ligne à couplage parallèle B Ln+l En utilisant les impédances réellement obtenues Z(e)o(o, 1)-Z(e)o(n, n+l) et Z(O)o(o, z)-Z(O)O(n, n+l) de lignes à couplage parallèle à deux bornes B Li-B Ln+ 1, si la largeur et la distance de lignes microbandes S Ll-SL 2 n+ 2 de lignes à couplages parallèle à deux bornes B LlB Ln+l sont calculées, les valeurs de distances dl-dn+l entre les lignes microbandes sont toutes supérieures à 0,15 mm, qui est facile à obtenir en utilisant des panneaux de circuit imprimé ordinaires. Ceci est dû au fait que la largeur et la distance de lignes à couplage parallèle sont déterminées par les impédances du mode paire et du mode impair, et plus grande est leur différence, plus large devient la distance entre des lignes à couplage parallèle Par conséquent, dans la présente invention, l'impédance caractéristique Zo(i+ 1) de la ligne 14 représentée sur la Figure 6 est fixée pour être supérieure à Zo. Si le filtre passe-bande à lignes à couplage parallèle de la Figure 5 possède sept lignes à couplage parallèle à deux bornes, les largeurs W des lignes microbandes SL 1-SL 14 constituant sept lignes à couplage parallèle à deux bornes B Li-BL 7 et les distances d entre les lignes microbandes sont données sur le tableau 1 suivant. TABLEAU 1 N ligne à couplage Largeur ligne Distance entre lignes parallèle microbande micr-obandes BL 1 0,58235 mm 0, 1578 mm BL 2 O,89204 mm 0,4743 mm BL 3 0, 48427 mm 1,0581 mm BL 4 1,47594 mm 0,5402 mm BL 5 0,48427 mnm l,0581 mm BL 6 0,89204 mm 0,4743 mm BL 7 O,58235 mm 0,1578 mm En observant la largeur (W) et la distance (d) des lignes à couplage parallèle du tableau 1, il faut remarquer qu'elles sont symétriques, centrées sur la ligne à couplage parallèle BL 4 et que lorsque le nombre de lignes à couplage parallèle augmente, les largeurs des lignes à couplage parallèle augmentent et diminuent alternativement En particulier, la largeur et la distance de B Li sont les mêmes que celles de BL 7, celles de BL 2 sont les mêmes que celles de BL 6, et celles de BL 3 sont les mêmes que celles de BL 5 Egalement, la largeur de BL 2 est augmentée davantage que celle de B Li, la largeur de BL 3 est diminuée davantage que celle de BL 2, et la largeur de BL 4 est augmentée davantage que celle de BL 3. La Figure 7 représente les pertes d'insertion ( 521) et l'atténuation ( 511) du filtre passe-bande à lignes à couplage parallèle fabriqué selon les valeurs du tableau 1. Sur la Figure 7, l'abscisse représente la fréquence (en gigahertz), et l'ordonnée représente la réponse (en décibels) Les pertes d'insertion à la fréquence centrale ( 14,25 G Hz) sont 2,61 d B, tandis que l'atténuation est 19,13 d B. Comme décrit ci-dessus, dans la présente invention, la distance entre des lignes à couplage parallèle est supérieure à 0,15 mm de manière à procurer un filtre passe- bande à lignes à couplage parallèle utilisant un résonateur à impédance en échelon qui peut être facilement fabriqué sur des panneaux de circuit imprimé ordinaires De plus, dans la présente invention, la valeur de la distance entre des lignes à couplage parallèle devient plus large que dans un filtre passe-bande classique, de sorte que les pertes d'insertion du filtre passe-bande peuvent être réduites et sa largeur de bande peut être augmentée. REVENDICATIONS 1 Filtre passe-bande à lignes à couplage parallèle, comportant au moins une paire de lignes à couplage parallèle à deux bornes disposées consécutivement en échelon, caractérisé en ce que les largeurs (W) desdites paires de lignes à couplage parallèle à deux bornes (BL 1 B Ln+i) sont alternativement augmentées et réduites. 2 Filtre passe-bande à lignes à couplage parallèle selon la revendication 1, caractérisé en ce que les impédances caractéristiques (Zo) desdites paires de lignes à couplage parallèle à deux bornes sont fixées pour être différentes les unes des autres. 3 Filtre passe-bandes à lignes à couplage parallèle selon la revendication 1, caractérisé en ce que les impédances caractéristiques de la paire centrale de lignes à couplage parallèle à deux bornes (B Li) sont fixées pour être les mêmes de sorte que l'agencement desdites paires de lignes à couplage parallèle à deux bornes est symétrique au centre du filtre.