Brevet FR2755544A1 — publié le 19980507

La présente invention est relative à des dispositifs de filtrage dans le domaine des hyperfréquences, du type présentant une cavité métallique à inserts diélectriques. L'invention trouve en particulier avantageusement application pour le filtrage dans le domaine des télécommunications par satellites. Les cavités métalliques sont utilisées depuis longtemps pour le filtrage des hyperfréquences. Des études récentes ont montré qu'il était intéressant, pour améliorer les performances électriques des résonateurs que constituent de telles cavités métalliques, de les charger par des inserts diélectriques s'étendant transversalement dans la cavité. On pourra à cet égard avantageusement se référer aux différentes publications suivantes [1] R. Comte, S. Verdeyme, P. Guillon, "New concept for low loss microwave devices", Electronics Letters, Vol. 30, nO 5, 3 March 1994, 1995 MTT-S Digest, Orlando, Vol. 3, pp 1535-1538 [2] R. Comte, S. Verdeyme, P. Guillon, "Rigorous design of multimodal low losses microwave cavity", ESA workshop on advanced CAD for microwave filters and passive devices, 1995, ESTEC, pp 225-231 [3] R. Comte, S. Gendraud, S. Verdeyme, P. Guillon, C. Boschet, B. Theron, 'A high Q factor microwave cavity", 1995, MTT-S Digest, Orlando, Vol. 3, pp 1535-1538. A ce jour toutefois, on considérait que compte tenu de la répartition du champ dans de telles cavités à inserts diéléctriques, leur couplage à des guides d'ondes d'entrée et de sortie - par l'intermédiaire d'iris métalliques ou de sondes coaxiales - ne pouvait se faire qu'en positionnant les iris de couplage ou sondes coaxiales au niveau des parois latérales de ces cavités et non pas au niveau de leurs parois d'extrémité. Les inserts diélectriques permettent en effet d'éloigner les forts champs électromagnétiques des parois métalliques d'extrémité de la cavité, et donc de confiner l'énergie dans la partie centrale de la cavité. Les niveaux d'énergie sont donc très faibles au voisinage des parois d'extrémité de la cavité et c'est pourquoi on considérait que l'on ne pouvait pas obtenir de couplage correct au niveau de ces parois. Toutefois, il se pose avec un couplage par les parois latérales de la cavité un problème du fait du couplage des modes parasites résonnant dans les inserts diéléctriques, notamment pour de fortes valeurs de couplage d'entrée. Un but de l'invention est de proposer un dispositif de filtrage du type présentant une cavité métallique à inserts diélectriques, qui permet de résoudre ce problème et qui, en outre, présente des propriétés particulièrement satisfaisantes, notamment aux fortes puissances. Par ailleurs, toujours du fait de la répartition du champ dans de telles cavités à inserts diéléctriques, on considérait également qu'il n'était pas possible de coupler entre eux plusieurs résonateurs définis dans une même cavité métallique par une pluralité d'inserts diéléctriques. Un autre but de l'invention est donc de proposer un dispositif à cavité métallique dans lequel les inserts diéléctriques définissent plusieurs résonateurs permettant audit dispositif de réaliser un filtrage multipôles et dans lequel il est prévu des moyens permettant le couplage entre ces différents résonateurs. I1 a été constaté par les inventeurs que contrairement à ce à quoi il s'attendaient, des iris métalliques s'étendant transversalement soit au niveau des parois d'extrémité de la cavité, soit à l'intérieur de celle-ci entre deux résonateurs définis par des inserts diéléctriques, permettaient de réaliser des couplages particulièrement satisfaisants et de résoudre le problème dû au couplage des modes parasites résonnants dans les inserts diéléctriques. Ainsi, l'invention propose un dispositif de filtrage comportant une cavité métallique fermée par deux parois d'extrémité s'étendant transversalement par rapport à l'axe de ladite cavité, ainsi qu'au moins deux inserts diéléctriques définissant un résonateur dans ladite cavité, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un iris de couplage qui s'étend également transversalement par rapport audit axe. Notamment, avantageusement, ce dispositif comporte deux iris de couplage répartis respectivement sur l'une et l'autre des deux parois d'extrémité et qui réalisent le couplage de ladite cavité avec des guides d'ondes métalliques superposés auxdites parois d'extrémité. Egalement, il peut comporter un iris de couplage s'étendant transversalement entre deux résonateurs définis chacun entre deux inserts diéléctriques. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit. Cette description est purement illustrative et non limitative. Elle doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles - la figure 1 illustre schématiquement une application possible pour l'invention - la figure 2 est un graphe sur lequel on a porté le coefficient de couplage extérieur du dispositif illustré sur la figure 1, en fonction de la longueur des iris de ce dispositif - la figure 3 illustre schématiquement une autre application possible pour l'invention - la figure 4 est un graphe sur lequel on a porté le coefficient de couplage intercavité du dispositif illustré sur la figure 3, en fonction de la longueur de l'iris de ce dispositif. Le dispositif de couplage illustré sur la figure 1 comporte une cavité métallique 1, qui est de type cylindrique. Cette cavité 1 est définie par une paroi latérale cylindrique 2 et par deux parois d'extrémité 3a et 3b qui ferment ladite cavité 1 en s'étendant transversalement par rapport à son axe. Deux pastilles diélectriques 4a et 4b s'étendent transversalement dans ladite cavité, pour définir dans celle-ci un résonateur central 5. Cette cavité 1 est couplée à des guides métalliques rectangulaires 6a, 6b par l'intermédiaire d'iris métalliques 7a, 7b positionnés sur les parois d'extrémité 3a, 3b de la cavité 1, en étant centrés sur l'axe de celle-ci. Le graphe de la figure 2 donne, pour différentes longueurs d'iris de couplage de type rectangulaire, les valeurs de coefficient de qualité extérieure d'un dispositif de filtrage du type de celui illustré sur la figure 1. On rappelle que d'un point de vue électrique un dispositif de couplage tel qu'illustré sur la figure 1 est caractérisé par - son coefficient de surtension en charge noté QL, - son coefficient de qualité extérieure Qe lié au couplage entre les guides et la cavité à inserts diélectriques, - son coefficient de surtension à vide noté QO, ces termes étant reliés par la relation suivante Q l Q 1 Qe Les valeurs données pour Qe sur la figure 2 correspondent au cas d'une cavité métallique cylindrique de 39,7 mm de diamètre présentant des inserts diélectriques 4a, 4b en saphir d'une épaisseur de 1,92 mm, la distance séparant ces inserts diélectriques 4a, 4b des parois 3a et 3b étant de 6,4 mm, la hauteur séparant ces deux inserts diélectriques étant de 12,8 mm, les iris de couplage étant d'une épaisseur de 2 mm, d'une largeur de 1 mm et d'une longueur variable, les guides métalliques 6a, 6b étant des guides de type WG90 d'une hauteur de 22,9 mm et d'une largeur de 10,16 mm. La courbe qui est portée sur cette figure 2 (points symbolisés par des A) est une courbe théorique calculée par simulation. On a également porté sur cette figure 2 plusieurs points de mesure (points symbolisés par des o) obtenus expérimentalement. Bien entendu, selon le type de filtrage que l'on souhaite réaliser, d'autres types d'iris pourraient être utilisés et en particulier des iris en croix. Egalement, l'invention n'est pas limitée aux cas où la cavité cylindrique est de type cylindrique, mais s'applique également dans le cas de cavités métalliques présentant une autre forme. On constate sur cette figure 2 que les mesures expérimentales sont en bon accord avec les résultats théoriques. On se réfère maintenant à la figure 3 sur laquelle a été illustrée une cavité métallique 11, de type cylindrique, qui présente une pluralité d'inserts diélectrique 14a à 14d, qui définissent dans ladite cavité 11 deux résonateurs 15a, 15b répartis dans la hauteur de ladite cavité. Ces deux résonateurs 15a, 15b sont couplés par l'intermédiaire d'un iris métallique 17, par exemple de forme rectangulaire, circulaire ou en croix. Afin d'obtenir un bon couplage des modes propageant, l'iris métallique 17 est avantageusement disposé au niveau de la hauteur milieu de la cavité 11, de sorte que ladite cavité 11 présente une structure qui est symétrique de part et d'autre dudit iris métallique 17. On a porté sur le graphe de la figure 4 des valeurs de couplage intercavité d'une structure du type de celle illustrée sur la figure 3, dans le cas d'une cavité métallique 11 de 39,7 mm de diamètre présentant quatre inserts diélectriques 14a à 14d constitués par des pastilles en saphir d'une épaisseur de 1,92 mm, les inserts 14a (resp. 14c) et 14b (resp. 14d) étant séparés par une hauteur de 12,8 mm, la hauteur de séparation entre les pastilles diélectriques et les parois métalliques d'extrémité 13a, 13b de la cavité 11 ou l'iris de couplage 17 disposé à l'intérieur de la cavité 11 étant de 6,4 mm, l'iris de couplage 17 présentant une ouverture rectangulaire une épaisseur de 2 mm, une largeur de 1 mm et une longueur variable. La courbe qui est portée sur cette figure 4 (points symbolisés par des A) est une courbe théorique calculée par simulation. On a également porté sur cette figure 4 plusieurs points de mesure (points symbolisés par des o) obtenus expérimentalement. On constate sur cette figure 4 que les résultats expérimentaux sont en accord avec les résultats simulés et que les valeurs de couplage obtenues sont similaires à celles habituellement rencontrées pour des filtres multimodes. On comprend à la lecture des figures 2 et 4 qu'il est possible, en jouant sur la longueur de l'ouverture de l'iris, de moduler le couplage obtenu en fonction du filtrage souhaité. Cette variation n'entraîne pas de couplage des modes des inserts diélectriques et l'environnement électromagnétique des inserts n'est pas modifié. Les dispositifs de filtrage qui viennent d'être décrits présentent des valeurs de couplage classiques pour ce type de dispositif et satisfont aux contraintes d'isolation habituelles. REVENDICATIONS 1. Dispositif de filtrage comportant une cavité métallique (1, 11) fermée par deux parois d'extrémité (3a, 3b ; 13a, 13b) s'étendant transversalement par rapport à l'axe de ladite cavité (1, 11), ainsi qu'au moins deux inserts diéléctriques (4a, 4b ; 14a à 14d) définissant un résonateur (5, 15a, 15b) dans ladite cavité, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un iris de couplage (7a, 7b ; 17) qui s'étend également transversalement par rapport audit axe. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux iris de couplage (7a, 7b) répartis respectivement sur l'une et l'autre des deux parois (3a, 3b) d'extrémité et qui réalisent le couplage de ladite cavité (1) avec des guides d'ondes métalliques (6a, 6b) superposés auxdites parois d'extrémité (3a, 3b). 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un iris (17) de couplage s'étendant transversalement entre deux résonateurs (15a, 15b) définis chacun entre deux inserts diéléctriques (14a à 14d). 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou les iris de couplage (7a, 7b ; 17) sont situés au droit de l'axe de la cavité.