Brevet FR2692736A1 — publié le 19931224

i Filtre radioélectrique de forte et moyenne puissance La présente invention concerne un filtre radioélectrique de forte et moyenne puissance. Dans les émetteurs-récepteurs classiques fonctionnant no- tamment dans la gamme VHF et dans des conditions difficiles de proximité, différents niveaux de filtrage sont nécessaires pour assurer une réjection efficace à l'émission des raies et du bruit émis et éliminer à la réception les signaux brouilleurs et les signaux parasites. Il est connu de réaliser de tels filtres au moyen d'induc- tances couplées de la manière décrite par exemple dans la de- mande de brevet français N O 2 544 543 déposée au nom de la Demanderesse. Suivant le mode de réalisation qui y est décrit et qui con- cerne plus particulièrement la réalisation d'un transformateur HF de puissance formé par deux inductances couplées entre elles par mutuelle induction, les inductances sont découpées dans une feuille de cuivre par un procédé photographique et chimique pour être ensuite collées sur une plaque de céramique Des douilles permettent le branchement des connexions des induc- tances avec des dispositifs extérieurs La plaque céramique est enfermée dans un boîtier métallique comportant deux rainures o elle est maintenue en contact avec le métal du boîtier par deux ressorts en accordéon, ceci afin de permettre d'assurer un blin- dage électromagnétique des inductances et la dissipation thermi- que nécessaire pour évacuer les calories produites par la puis- sance électrique dissipée par effet Joule dans les inductances. L'inconvénient majeur de ce mode de réalisation est qu'il nécessite pour réaliser des filtres d'être complété par un câblage extérieur au boîtier pour permettre la réalisation de circuits oscillants par branchement de condensateurs en parallèle sur les inductances. Pour des filtres à forte puissance utilisés en évasion de fréquence notamment, cela pose un problème d'optimisation des retours de masse des courants forts circulant dans les circuits oscillants, des problèmes de symétrie entre pôles de circuits oscillants, de répartition de poids de condensateurs, de refroidis- sement des diodes "PIN" de commutation des condensateurs for- mant avec les inductances les circuits oscillants du filtre, et de blindage des connexions ainsi réalisées ainsi que des problèmes d'encombrement préjudiciables à l'incorporation de ces circuits dans des postes radio tactiques portables ou portatifs. Le but de l'invention est de pallier les inconvénients préci- tés. A cet effet, l'invention a pour objet un filtre radioélectrique de forte et moyenne puissance comportant au moins une inductance fixée à une plaque de circuit imprimé à l'intérieur d'un boîtier métallique caractérisé en ce qu'il com- prend des douilles fixées par une de leurs extrémités à la plaque de circuit imprimé aux points de liaison de chaque inductance avec le circuit imprimé de la plaque et reliées par leurs autres extrémités à un condensateur et une diode "PIN" montés en série entre cette autre extrémité et une paroi du boîtier sur laquelle est fixé la diode "PIN". L'invention a pour principal avantage qu'elle permet d'assu- rer une bonne reproductibilité du filtre lorsque celui-ci est fabri- qué en série avec des coefficients de surtension élevés même en présence de dissipations thermiques des inductances et des diodes "PIN" importantes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention appa- raîtront ci-après à l'aide de la description qui suit faite en re- gard des dessins annexés qui représentent: la figure 1 un schéma électrique de principe d'un filtre mis en oeuvre par l'invention; la figure 2 un mode de réalisation à l'intérieur d'un boîtier d'un filtre à forte puissance selon l'invention; la figure 3 une vue en coupe du boîtier de la figure 2 figurant l'assemblage des condensateurs d'accord et des diodes "PIN" de commande des circuits résonnants du filtre; la figure 4 un mode de réalisation d'une inductance pour filtre à moyenne puissance. Le filtre qui est représenté suivant le schéma de principe de la figure 1, comporte un circuit couplé à mutuelles inductions 1 formé d'une inductance primaire 2 et d'une inductance secon- daire 3 reliées respectivement à un premier et à un deuxième ensemble de condensateurs C et C connectables à volonté p, N sm aux bornes d'extrémités des inductances 2 et 3 par l'intermé- diaire de diodes "PIN" D et D o N et m sont des entiers p, N s, m compris entre 1 et N et 1 et M respectivement Le point commun de liaison d'une diode "PIN" D ou D avec l'extrémité cor- P.,n I s, m respondante d'un condensateur C ou C est relié par l'in- p,n s,m termédiaire d'une résistance R ou R branchée en série p, N s, n avec une inductance de choc Lp respectivement Lsmû à un circuit de commande non représenté Suivant cette configuration et conformément au sens de branchement des diodes représen- tées, lorsqu'une tension positive est appliquée sur l'extrémité libre d'une inductance Lpn respectivement Ls m chaque diode "PIN" correspondante est placée dans son état de conduction en réalisant ainsi le branchement du condensateur C respective- p,n ment C correspondant aux bornes d'extrémité des inductances s, m 2, respectivement 3, du circuit couplé 1 pour former chaque fois un circuit oscillant Inversement lorsqu'une tension négative est appliquée sur l'extrémité libre d'une inductance Lp N respective- ment Ls m la diode "PIN" correspondante est bloquée et le con- densateur C ou C correspondant est déconnecté de l'induc- p,n s,m tance Lpn respectivement L Chacune des inductances 2 et pn' s,m 3 comporte une prise reliée respectivement à une inductance 4 et , formant respectivement l'entrée et la sortie du filtre Dans l'exemple de réalisation du filtre de la figure 2, le circuit couplé 1 est découpé, de la façon déjà décrite dans la demande de bre- vet précitée, dans une plaque de cuivre 6 d'environ 500 microns d'épaisseur et recouverte des deux côtés d'une couche d'argent électrolithique d'environ 5 microns d'épaisseur La forte épais- seur du métal procure une bonne conductibilité thermique et le revêtement d'argent procure une bonne conductibilité électrique pelliculaire Les inductances 2 et 3 sont collées sur une plaque 7 en céramique à 96 % d'alumine par exemple et d'épaisseur d'envi- ron 1, 27 mm Afin de transmettre la chaleur dissipée par les inductances et ne pas provoquer de pertes supplémentaires, la céramique utilisée a une conductibilité thermique supérieure à 0,05 calorie par cm/cm S 'C mais un angle de perte à 100 M Hz inférieurs à 5 10 Cependant d'autres réalisations sont encore possibles en utilisant par exemple une plaque en verre epoxy. De manière similaire à ce qui est décrit dans la demande de brevet précitée la plaque 7 est enfermée dans un boîtier mé- taflique 8 Des douilles 9, 10 et 11 ont leurs extrémités fixées dans la plaque de céramique 6 aux points d'extrémité et au mi- lieu des inductances 2 et 3 pour relier les inductances aux extré- mités correspondantes des condensateurs Cpn' respectivement Cs, et des diodes "PIN" Dp N et D m conformément au sché- ma de la figure 1 et permettre la connection par diodes des con- densateurs d'accord Cette connexion est réalisée de la manière représentée par la vue en coupe de la figure 3, par empilage à l'extrémité libre de chaque colonnette 9, 10 et 11 d'un condensa- teur Cp N avec la diode "PIN" correspondante Dp, N respective- ment Cs N et D m Dans cet empilage le corps de chaque diode "PIN" est mis en contact avec la paroi du boîtier 8 qui constitue pour le filtre à la fois un blindage radioélectrique et un dissipa- teur de chaleur Ce boîtier est par exemple réalisé en aluminium recouvert d'un dépôt électrolithique de cuivre de 15 microns d'épaisseur et d'un dépôt d'argent de 7 microns d'épaisseur Il comprend un profilé creux fermé à ses deux extrémités par deux flasques rapportées 12, 13 Le profilé creux a une section in- terne rectangulaire et une section externe comportant une se- melle 14 longitudinale large permettant de fixer le boîtier sur une surface plane et de transmettre à cette surface plane la chaleur dissipée par le filtre Le profilé comporte deux rainures , 16 creusées à l'intérieur parallèlement à son grand axe La périphérie de la seconde face de la plaque est en contact avec une première paroi des rainures sous la pression respectivement de deux ressorts 17, 18 en accordéon qui sont insérés respective- ment entre la première face de la plaque 7 et la seconde paroi de chacune des rainures 15, 16. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit notamment en ce qui concerne la réalisation des inductances 2 et 3 formant le circuit couplé 1 du filtre Bien évidemment l'invention s'applique aussi par exemple à des réalisa- tions o les inductances sont obtenues non par gravures ou découpes d'une plaque de cuivre mais au moyen d'un fil de cui- vre bobiné autour de la plaque de circuit imprimé ou encore autour d'un mandrin Dans ce dernier cas, pour obtenir une parfaite reproductibilité des inductances celles-ci peuvent être constituées de la manière représentée à la figure 4 par un bobi- nage en fil de cuivre argenté 19 de diamètre d'environ 2 mm par exemple, effectué sur un mandrin rainuré 20 Ce mandrin peut être usiné de préférence dans un matériau très stable possédant d'excellentes caractéristiques en hautes fréquences telles que le matériau connu sous la désignation Noryl GFN 1 avec une préci- sion de l'ordre de 5/100 de mm Un écran électrostatique consti- tué par exemple par une spire plate ouverte 21 reliée à la masse peut être positionné au centre du bobinage pour assurer une réduction des capacités parasites de couplage entre les induc- tances. De façon à pouvoir réaliser une inductance d'accord de valeur la plus élevée possible et afin de profiter d'un coefficient de surtension à vide maximum, les diodes "PIN" utilisées doivent avoir une très faible capacité inverse de l'ordre de 0,8 PF et une résistance parallèle élevée en régime de contre polarisation et d'autre part une faible résistance série en régime de conduc- tion Pour réduire les pertes séries, les points de retour de masse du bobinage et les diodes doivent être soudés de préfé- rence directement sur le blindage formé par le boîtier 8 Il pour- ra en être de même pour les embases coaxiales qui assurent les entrées-sorties du filtre. L'invention n'est pas non plus limitée à un nombre déterminé de circuits oscillants pour composer le filtre et il est bien évident qu'elle s'applique également au cas particulier o le filtre comporte qu'une seule inductance pour former un seul circuit oscillant. Elle n'est pas non plus limitée à la nature du matériau composant la plaque 7, pourvu que celui-ci possède un faible angle de perte. REVENDICATIONS 1 Filtre radioélectrique de forte et moyenne puissance comportant au moins une inductance ( 2, 3) fixée à une plaque de circuit imprimé ( 7) à l'intérieur d'un boîtier métallique ( 8) carac- térisé en ce qu'il comprend des douilles ( 10, 11, 12) fixées par une de leurs extrémités à la plaque de circuit imprimé aux points de liaison de chaque inductance ( 2, 3) avec le circuit imprimé de la plaque et reliées par leurs autres extrémités à un condensa- teur (Cp n, Cs) et une diode "PIN" (Dp N Ds m) montés en série à chaque autre extrémité entre une douille et une paroi du boîtier ( 8) sur laquelle est fixée la diode "PIN" (Dp n, D m). 2 Filtre selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque inductance ( 2, 3) est découpée dans une feuille métalli- que de faible résistance thermique disposée à plat sur la plaque de circuit imprimé. 3 Filtre selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque inductance ( 2, 3) est formée par un circuit imprimé gra- vé sur la plaque de circuit imprimé. 4 Filtre selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'inductance ( 2, 3) est formée par un fil bobiné sur un mandrin. 5 Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la plaque de circuit imprimé ( 7) est en céramique. 6 Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la plaque de circuit imprimé est en verre epoxy. 7 Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que la plaque ( 7) est engagée dans deux rainu- res à l'intérieur du boîtier ( 8) o elle est maintenue en contact par deux ressorts ( 17, 18) pour transmettre la chaleur dissipée par les inductances ( 2, 3).