Brevet FR2704983A1 — publié le 19941110

FILTRE PASSE-BANDE A LIGNES COUPLEES COURT-CIRCUITEES DESCRIPTION Domaine technique La présente invention a pour objet un filtre passe-bande à lignes couplées court-circuitées. Elle trouve une application en électronique, notamment dans la réalisation de filtres passe-bande dont la fréquence de travail est située dans la bande FM, soit sensiblement de 70 à 120 MHz. Etat de la technique Le filtre de l'invention est du type à résonateurs couplés. La demande française FR-A-2-626-716 (ou la demande européenne correspondante EP-A-0 326 498) décrit un filtre à résonateurs couplés qui est illustré sur la figure 1. Tel que représenté, ce filtre comprend cinq résonateurs C1 à C5 déposés sur un même substrat 10. Chaque résonateur comprend une ligne à microruban conducteur 14 (en cuivre par exemple) formant une boucle avec une ouverture 16. Connecté à travers cette ouverture se trouve un condensateur 18 réglable, ou ajusté une fois pour toutes. L'ensemble de la ligne et du condensateur forme un circuit résonnant LC. La longueur du microruban est de l'ordre de k/8 si X est la longueur d'onde associée à la fréquence de résonance du circuit. Le substrat 10 est en matériau diélectrique (par exemple en verre époxy, en Téflon, ...). Sur la face inférieure de ce substrat, se trouve une couche conduc trice non représentée (en cuivre par exemple) formant plan de nasse. Les différents résonateurs sont couplés les uns aux autres par des côtés parallèles et adjacents. Le filtre se complète par une microbande d'entrée E et une microbande de sortie S. De tels filtres travaillent dans la bande de fréquence allant sensiblement de 950 à 1750 MHz, en particulier dans des stations de réception de signaux de télévision diffusés par satellites. Bien que donnant satisfaction à certains égards, ces filtres présentent des inconvénients. D'abord, leurs dimensions augmentent rapidement lorsque la fréquence de travail diminue (puisque ces dimensions sont de l'ordre d'une fraction de la longueur d'onde). Elles deviendraient prohibitives dans la bande FM, vers 100 MHZ. Ensuite, ils présentent une atténuation non négligeable au centre de la bande passante, de l'ordre de 6dB, atténuation qui augmente encore si la largeur de bande diminue. Enfin, ils sont difficiles à simuler et à calculer, en raison des multiples couplages entre cellules, toujours difficiles à quantifier exactement. Exposé de l'invention La présente invention a justement pour but de remédier à ces inconvénients. A cette fin, elle propose un filtre dont les dimensions sont réduites (pratiquement d'un facteur 10 par rapport à l'art antérieur) et tombent à environ B/100. Le filtre peut donc travailler à des fréquences descendant en dessous de 500 MHz. Par ailleurs, le filtre de l'invention pré sente de très faibles pertes, de l'ordre de 2dB. Sa largeur de bande peut être réglée entre une bande étroite (2%) et une bande large (40%). Enfin, le filtre de l'invention peut être calculé ou simulé aisément. Tous ces résultats sont obtenus grâce à une structure particulière pour chaque cellule et à une mise en série des cellules. Selon l'invention, les résonateurs de chaque cellule sont chacun constitués par une ligne à microruban jouant, à la fréquence de travail, essentiellement le rôle d'une inductance et par un condensateur d'accord. Il s' agit donc encore d'un résonateur de type LC. Mais, selon une première caractéristique du résonateur, la ligne n' est pas en forme de boucle avec ouverture. Le condensateur d'accord n'est donc pas inséré dans une ouverture mais connecté à ltune des extrémités de la ligne et il présente une armature à la masse électrique. Selon une autre caractéristique, la ligne comprend une partie (ou branche) rectiligne servant à coupler entre eux les deux résonateurs d'une même cellule et, pour ce faire, les deux branches rectilignes propres aux deux résonateurs sont juxtaposées. La longueur de ces branches, ainsi que leur largeur permet aisément de régler le couplage à la valeur appropriée. Selon encore une autre caractéristique, la partie rectiligne de la ligne de chaque résonateur a son extrémité reliée à la masse électrique. Ainsi, les deux lignes ont elles leur extrémité à la masse : en d'autres termes, elles sont court-circuitées. Selon encore une autre caractéristique, l'accès au filtre, soit en entrée, soit en sortie, s'effectue en un point particulier situé entre le condensateur d'accord et l'extrémité du microruban auquel il est connecté. Si le filtre est composé de plusieurs cellules, celles-ci ne sont pas couplées les unes aux autres mais directement connectées en série, l'accès de sortie de l'une étant relié à l'accès d'entrée de la suivante. Les pertes dues à la mise en cascade sont ainsi réduites à leur minimum par rapport à l'art antérieur où la mise en cascade s'effectuait par couplage. La modélisation du filtre s'en trouve simplifiée. De façon précise, la présente invention a donc pour objet un filtre passe-bande à lignes couplées court-circuitées, comprenant au moins une cellule constituée par deux résonateurs identiques couplés, ce filtre étant caractérisé par le fait que chaque résonateur comprend - un ligne à microruban conducteur jouant, à la fréquence de travail, le rôle d'une inductance, cette ligne comprenant une première partie rectiligne représentant au moins une partie du microruban, cette première partie ayant une extrémité reliée à une masse électrique, les deux premières parties propres à deux résonateurs d'une même cellule étant juxtaposées et assurant le couplage entre les résonateurs, la ligne comprenant encore une seconde partie si la première ne constitue pas le tout de la ligne, cette seconde partie présentant une extrémité, - un condensateur d'accord ayant une armature reliée à l'extrémité de la seconde partie et une autre armature reliée à la masse électrique, - un accès situé en un point entre l'extrémité de la seconde partie et le condensateur d'accord. Si la première partie ou branche, servant au couplage des deux résonateurs d'une même cellule, est nécessairement rectiligne, le reste de la ligne à microruban (si la première partie ne constitue pas la totalité de la ligne), c'est-à-dire la seconde branche, peut avoir une forme et une disposition quelconques inclinée, à angle droit, dans le prolongement de la première, etc. La ligne à microruban peut donc présenter des formes diverses en L, en r, etc... Quant aux largeurs des branches du microruban, elles ne sont pas nécessairement identiques. Elles peuvent être différentes l'une de 1' autre. Elles peuvent même varier progressivement, ou par sauts, le long d'une même branche. Toutes les techniques connues ou à venir permettant de réaliser des microrubans sont applicables à l'invention : utilisation d'un substrat diélectrique, technologie triplaque, suspension dans un boîtier, existence d'un plan de masse sous un substrat ou utilisation des parois métalliques d'un boîtier pour constituer la masse, etc... L'utilisation d'un diélectrique à forte permittivité permet de réduire les dimensions. Mais, si celles-ci deviennent trop faibles, l'utilisation de l'air comme diélectrique permet de retrouver des dimensions raisonnables. Brève description des dessins - la figure 1, déjà décrite, montre un filtre selon l'art antérieur à cellules couplées - la figure 2 représente schématiquement un filtre conforme à l'invention avec une seule cellule - la figure 3 illustre un mode de réalisation à microruban entièrement rectiligne - la figure 4 illustre un mode de réalisation à microruban à branches inclinées - la figure 5 illustre un mode de réalisation à microruban à branche de couplage de lar geur variable ; - la figure 6 illustre un mode de réalisation à microruban à seconde branche de largeur variable ; - la figure 7 montre un masque pour la réali sation d'un filtre à deux cellules - la figure 8 est un schéma électrique d'un filtre à deux cellules - la figure 9 montre la bande passante obtenue avec le filtre de la figure 8, dans une plage allant de 78 à 118 MHz ; - la figure 10 montre l'atténuation du filtre en fonction de la fréquence, dans une plage allant de 1 à 200 MHz ; - la figure 11 montre l'atténuation vers les hautes fréquences jusqu'à 2000 MHz ; - la figure 12 montre le taux d'ondes station naires dans une plage de fréquence allant de 1 à 200 MHz. Exposé détaillé de modes de réalisation On voit, sur la figure 2, un substrat diélectrique 20 sur la face inférieure duquel une couche métallique 22 a été déposée pour constituer un plan de masse. Sur la face supérieure, on trouve deux résonateurs R1, R2 constitués chacun par un microruban MR1, MR2, et un condensateur C1, C2. Chaque microruban comprend une première partie (ou branche) rectiligne L1 (respectivement L2) et une seconde partie (ou branche) L'1 (L'2) qui, dans la variante illustrée, forme, avec la partie L1 (L2), un F. L'extrémité el (e2) de la branche L1 (L2) est reliée au plan de masse 22 par un plot et un passage conducteurs 24/1, (24/2). L'extrémité e'l (e'2) de la branche L'1 (L'2) est reliée à l'une des armatures d'un condensateur C1 (C2), l'autre armature du condensateur étant reliée au plan de masse 22 par un plot et un passage conducteurs 26/1 (26/2). Eventuellement, un seul plot conducteur et un seul passage conducteur peuvent être utilisés pour réunir les extrémités el, e2 au plan de masse. Les lignes sont donc bien court-circuitées à l'une de leur extrémité. L'entrée E du filtre s'effectue entre C1 et L'1 et la sortie S entre C2 et L'2. Naturellement, le dispositif est symétrique et l'on peut entrer en S et sortir en E. L'ensemble de ces moyens forme une cellule C qui, dans l'exemple illustré, constitue à elle seule, un filtre. Les figures 3, 4, 5 et 6 illustrent quelques modes de réalisation des différentes branches du microruban. Sur la figure 3, tout d'abord, les branches L1 (L2) et L'l (L'2) sont dans le prolongement l'une de l'autre et le microruban est droit. Il nty a plus à proprement parler de seconde partie, la première pouvant être considérée comme formant la totalité du ruban. Sur la figure 4, les branches L'1 (L'2) ne servant pas au couplage sont inclinées d'un certain angle ( 0) sur les branches L1 (L2) servant au couplage. Les branches L'1, L'2 forment ainsi, entre elles, un angle double (20). On peut prendre par exemple 6=450, auquel cas les branches L'1, L'2 sont à angle droit. Mais, on pourrait prendre aussi O=90 , auquel cas les branches L'1, L'2 seraient dans le prolongement l'une de l'autre et formeraient un L avec la branche de couplage L1, L2. Sur la figure 5, la branche de couplage L1 (L2) voit sa largeur croître d'une extrémité (en l'occurrence celle qui est à la masse) à l'autre, l'inverse étant également possible. Sur la figure 6, c'est la branche L'1 qui voit sa largeur augmenter. Les figures 7 et 8 illustrent un mode de réalisation particulier d'un filtre conforme à l'invention dans le cas où ce filtre comprend deux cellules. La figure 7 tout d'abord montre le masque utilisé pour constituer le circuit imprimé sur la face supérieure du substrat. Ce masque est représenté à l'échelle 3 ce qui permet d'apprécier les dimensions réduites du filtre de l'invention. Ce masque comprend deux parties symétriques par rapport à un point O. Chaque partie comprend une bande d'accès d'entrée ME et de sortie MS, et deux bandes en T juxtaposées formant un ensemble M1,2 (M3,4) qui vont correspondre aux deux cellules. La figure 8 montre le schéma électrique correspondant à la figure 7, une fois que les condensateurs C1, C2, C3, C4 ont été rapportés. On reconnaît les résonateurs couplés R1 et R2 pour la première cellule C1-2 et les résonateurs couplés R3, R4 pour la seconde C3-4. Les branches couplées sont respectivement L1, L2 pour la première cellule et L3, L4 pour la seconde. Dans le schéma de la figure 8, on voit que chaque cellule est directement connectée à la suivante. Le ruban de connexion est référencé 30. Il n'y a donc plus de couplage, comme dans l'art antérieur, mais une simple mise en série. Par ailleurs, les deux cellules sont disposées de telle manière qu'elles soient le plus éloignées possible l'une de l'autre pour éviter tout couplage entre elles. Ainsi, la seconde cellule C3-4 n'est pas disposée dans le prolongement de la première C1-2, mais placée de manière symétrique par rapport à l'élément 30. Si le filtre comprenait plus de deux cellules, il en irait toujours ainsi, avec une alternance de cellules orientées tantôt dans un sens tantôt dans l'autre pour former une cascade de cellules en quinconce. Les figures 9 à 12 permettent d'illustrer les performances du filtre des figures 7 et 8. La figure 9, tout d'abord, montre l'atténuation du filtre dans la bande allant de 78 à 118 MHz. On voit que l'atténuation au centre de la bande passante est très faible (environ 2 dB). La figure 10 donne la même atténuation mais sur une plage de fréquence plus large, allant de 1 MHz à 200 MHz. La figure 11 montre l'atténuation vers les hautes fréquences, jusqu'à 2000 MHz. On voit apparaître un pic parasite mais avec une atténuation considérable de l'ordure de 70 dB. Ce pic n'a donc pas d'importance dans la pratique. Enfin, la figure 12 montre le taux d'ondes stationnaires (TOS) en fonction de la fréquence. Dans la bande passante, ce taux tombe à environ -22 dB. REVENDICATIONS 1. Filtre passe-bande à lignes couplées courtcircuitées, comprenant au moins une cellule (C) constituée par deux résonateurs identiques couplés (R1, R2) caractérisé par le fait que chaque résonateur comprend - une ligne à microruban conducteur (MR1, MR2) jouant, à la fréquence de travail, le rôle d'une inductance, cette ligne comprenant une première partie rectiligne (L1, L2) re présentant au moins une partie du microru ban, cette première partie (L1, L2) ayant une extrémité (el, e2) reliée à une masse électrique (22), les deux premières parties (L1, L2) propres à deux résonateurs (roi, R2) d'une même cellule (C) étant juxtapo sées et assurant le couplage entre les ré sonateurs (R1, R2), la ligne comprenant encore une seconde partie (L'1, L'2) si la première ne constitue pas le tout de la ligne), cette seconde partie présentant une extrémité (e'l, e'2), - un condensateur d'accord (C1, C2) ayant une armature reliée à l'extrémité (e'1, e'2) de la seconde partie et une autre armature re liée à la masse électrique (22), - un accès (E, S) en un point situé entre l'extrémité (e'l, e'2) de la seconde partie et le condensateur d'accord (C1, C2). 2. Filtre passe-bande selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la seconde partie (L'1, L'2) de chaque microruban fait un certain angle (0) avec la première partie (L1, L2), les deux secondes parties (L'1, L'2) des microrubans des deux résonateurs faisant entre elles un angle double (20). 3. Filtre passe-bande selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'angle (0) que fait la seconde partie (L'1, L'2) par rapport à la première (L1, L2) est égal à 900, chaque microruban ayant une forme en L. 4. Filtre passe-bande selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'angle (0) que fait la seconde partie (L'1, L'2) par rapport à la première (L1, L2) est nul, la seconde partie (L'1, L'2) étant dans le prolongement de la première (L1, L2), chaque microruban présentant une forme rectiligne. 5. Filtre passe-bande selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le microruban présente une forme en r. 6. Filtre passe-bande selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la première partie (L1, L2) du microruban a une largeur variable. 7. Filtre passe-bande selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la seconde partie (L'1, L'2) du microruban a une largeur variable. 8. Filtre passe-bande selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que les extrémités (el, e2) des premières parties (L1, L2) des deux microrubans propres à deux résonateurs couplés (R1, R2) sont reliées à une seule et unique masse électrique (24/1, 24/2). 9. Filtre passe-bande selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins deux cellules (C1, C2), l'accès de sortie (S) dtune cellule étant connecté à l'accès d'entrée (E) de la cellule qui suit. 10. Filtre passe-bande selon la revendication 9, caractérisé par le fait que les cellules successives (C1-2, C3-4) sont montées en quinconce. 11. Filtre passe-bande selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait qu'il fonctionne dans une bande de fréquence centrée au voisinage de 100 MHz.