Brevet FR2815475A1 — publié le 20020419

Filtre en guide d'onde L'invention se rapporte à un filtre en guide d'onde pour circuits travaillant dans les hyperfréquences. Dans le cadre des réseaux sans fil à large bande passante, il est connu d'utiliser des fréquences de plus en plus élevées afin de permettre la transmission d'applications à haut débit comme la vidéo. Ces réseaux ont également pour but de permettre des échanges de données entre au moins une station de base (fournisseurs d'accès) et une pluralité de stations utilisateurs; réseaux communément appelés point-multipoints. Actuellement, la norme MPT-1560-RA prévoit d'utiliser des fréquences situées entre 40,5 et 42, 5 GHz. Pour réaliser des communications bidirectionnelles de type full- duplex il est connu d'attribuer des fréquences différentes pour l'émission et la réception. Cependant, il est nécessaire d'avoir recours à des dispositifs de filtrage performants pour séparer les signaux d'émission et de réception, l'émission brouillant la réception. Pour répondre aux contraintes de filtrage (hyperfréquences, bande passante large, réjection importante hors de la bande passante), il est connu d'avoir recours à des filtres à cavités couplées par des discontinuités, communément appelés filtres en guide d'onde. Les filtres en guide d'onde travaillent sur l'onde électromagnétique reçue avant que celle-ci soit transformée en signal électrique. La fonction de filtrage est assurée par la forme de la structure. La taille du filtre est proportionnelle à la longueur d'onde, la longueur des cavités étant égale à la moitié de la longueur d'onde. Une technique de fabrication de filtre en guide d'onde consiste à réaliser deux coquilles correspondant chacune à la moitié du filtre coupé selon un plan passant par son axe central puis à rassembler les deux coquilles. Pour travailler avec des ondes millimétriques, il est nécessaire d'avoir une précision importante, inférieure à 50 pm sur le filtre fini. La réalisation de filtre en deux coquilles avec une telle précision atteint un coût de production trop important pour pouvoir être intégré dans un produit grand public. Il existe d'autres techniques notamment avec des vis de réglage pour compenser les dérives des tolérances dont les coûts de fabrication sont également importants. 2 2815475 L'invention propose un filtre en guide d'onde de structure moins coûteuse. Le filtre de l'invention est composé d'une pluralité de rondelles maintenues dans un cylindre de base carrée, rectangulaire ou circulaire. Par cylindre, I'homme du métier doit comprendre, dans ce présent document la définition mathématique: volume généré, d'une part, par une droite qui se déplace parallèlement à une direction fixe en s'appuyant sur une courbe plane fixe, et, d'autre part, deux plans parallèles coupant les droites génératrices, la projection de la courbe plane sur un des plans selon la direction fixe correspondant à la base du cylindre. Les différentes pièces constituantes du filtre se trouvent très simplifiées ce qui permet de réduire les coûts de production tout en ayant une bonne précision. Ainsi, l'invention est un filtre en guide d'onde qui comporte un support comportant une cavité, la cavité étant un cylindre de base quelconque, et une pluralité de rondelles dont la forme extérieure correspond à la base du cylindre, chaque rondelle comportant au moins un trou. Le filtre ainsi réalisé présente comme autre avantage de nécessiter aucun réglage lors du montage. Pour améliorer l'étanchéité du filtre, on peut utiliser au moins une rondelle comportant un chambrage dont la profondeur correspond à la longueur d'une cavité du filtre. Une telle rondelle définit une cavité disposant d'un mur de séparation, I'autre mur de séparation étant réalisé par une autre rondelle. L'invention sera mieux comprise, et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels: la figure 1 représente un premier mode de réalisation d'un filtre en guide d'onde selon l'invention, la figure 2 représente un deuxième mode de réalisation d'un filtre en guide d'onde selon l'invention, la figure 3 représente une rondelle en coupe partielle telle qu'utilisée dans le filtre de la figure 2 les figures 4a à 4d représentent différentes possibilités d'extrémités du support utilisées pour le filtre de la figure 2, les figures 5a à 5d représentent des variantes de rondelles pour cylindre de base carrée, et 3 2815475 les figures 6a à 6d représentent des variantes de rondelles pour cylindre de base carrée avec guide d'onde circulaire. La figure 1 représente un premier mode de réalisation de filtre en guide d'onde en vue de coté et en vue de face selon la coupe A-A. Le filtre comporte un support 1 qui est traversé par une cavité. La cavité est un cylindre de base circulaire dans l'exemple de la figure 1. Une pluralité de rondelles 2 et 3 dont la forme extérieure correspond à la base du cylindre sont placées à l'intérieur du support 1. Les rondelles sont de deux types. Un premier type de rondelle 2 réalise les séparations entre les cavités du filtre, un trou est pratiqué pour effectuer la jonction entre les cavités. Un deuxième type de rondelle 3 définit la taille des cavités du filtre. Le deuxième type de rondelle 3 sert d'entretoise entre les rondelles du premier type 2. L'épaisseur de la rondelle du deuxième type 3 définit la longueur d'une cavité et la forme du trou de la dite rondelle définit le profil du guide d'onde. Les rondelles 2 et 3 sont soit réalisées en un matériau conducteur, soit réalisées en un matériau non-conducteur recouvert d'une couche conductrice. Préférentiellement, les rondelles 2 et 3 sont réalisées dans un métal ou un alliage métallique peu sensible aux variations de température Pour déterminer la taille des différentes rondelles 2 et 3, on effectue un calcul de filtre en guide d'onde de type classique et on reporte les différentes dimensions sur les différentes rondelles. Pour calculer les dimension du filtre, I'homme du métier peut se reporter au livre intitulé " Microwave filters, impedance-matching networks, and coupling structures " de George L. MATTHAEI, Leo YOUNG and E. M. T JONES, publié par ARTECH HOUSE BOOKS en 1980. L'étanchéité électrique du filtre se fait par contact entre les différentes rondelles, ce qui demande un bon état de surface, par exemple un écart moyen de rugosité Ra = 0,8 pm. Afin d'améliorer l'étanchéité électrique, il est préférable que le support soit également conducteur. La figure 2 représente une variante de la figure 1 dans laquelle le nombre de rondelles est divisé par deux. Pour cela, on utilise des rondelles 4 qui comportent un chambrage dont la profondeur correspond à la longueur d'une cavité du filtre. Le profil du chambrage correspond au profil du guide d'onde. Bien que légèrement plus complexe, les rondelles sont encore de forme simple ce qui permet d'avoir des coûts d'usinage relativement bas malgré la précision requise. La figure 3 représente une rondelle 4 en coupe partielle. Le fait d'utiliser moins de rondelles améliore le contact électrique entre les éléments et permet une meilleure étanchéité électrique. Afin d'assurer le maintien des rondelles 4 dans le support 1, il convient de munir le support 1 de moyens de blocage. Les figures 4a à 4d représentent différents moyens mis en oeuvre. Le premier moyen de blocage 5 représenté sur la figure 4a consiste en une collerette 5 qui sert de butée aux rondelles 4. La collerette 5 ne peut être utilisée que sur une seule extrémité du support 1. Un deuxième moyen peut consister en un bouchon 6 comme montré sur les figures 4b, 4c et 4d. Le bouchon peut être collé (fig. 4b et 4c) ou vissé (fig. 4d) sur le support 1 si l'on réalise un pas de vis 7 sur ledit support 1. Le bouchon 6 peut également être muni de moyen de fixation 9, par exemple des trous, qui permettent de fixer le filtre à un autre dispositif tel qu'un autre circuit en guide d'onde ou un cornet d'antenne. Les modes de réalisation précédemment décrits concernent un filtre en guide d'onde utilisant un cylindre de base circulaire. La base circulaire permet d'avoir un coût d'usinage très faible, les pièces étant réalisées essentiellement par tournage. Les cylindres de base circulaire ne permettent par de réaliser tous les types de filtre en guide d'onde. Par contre, d'autres structures de filtre à cylindre de maintien qui comporte des rondelles pour définir les cavités du filtre sont tout à fait envisageables. Le cylindre de maintien peut avoir une base carrée ou rectangulaire, la cavité du support étant alors usinée par brochage. Les figures 5a, 5b, 5c et 5d illustrent des rondelles de base carrée. Les figures 5a et 5b illustrent une rondelle de base carrée qui comporte un chambrage de section carrée avec un trou carré. Une telle rondelle est réalisée par exemple par emboutissage et poinçonnage. Les figures 5c et 5d illustrent des rondelles de filtre polarisé dont les caractéristiques de transfert varient en fonction de la polarisation des ondes traversant ledit filtre. La rondelle de la figure 5c comporte un trou rectangulaire réalisé par poinçonnage afin de privilégier une polarité particulière en transmission. La rondelle de la figure 5d comporte un trou sur la quasi-totalité du de la section du guide d'onde à l'exception de deux languettes effectuant un filtrage sur une polarité particulière, le trou étant également réalisé par poinçonnage. Bien que plus complexes à réaliser que les filtres utilisant des cylindres de base circulaire, les filtres à cylindre de base carrée agissant sur 2815475 la polarité de l'onde sont beaucoup moins coûteux que les filtres réalisés selon l'état de la technique. Bien évidemment, I'homme du métier peut adapter la forme des trous pratiqués dans les rondelles aux types de filtrage souhaités. Pour obtenir des formes de trou différentes, I'homme du métier se reportera à la littérature qui concerne le calcul des filtres en guide d'onde. Si l'homme du métier préfère conserver un guide d'onde circulaire tout en réalisant un filtrage variant en fonction de la polarité de l'onde, plusieurs possibilités d'adaptation sont envisageables. Une première possibilité consiste à réaliser une rainure dans un cylindre de base circulaire et une rainure sur la périphérie de chaque rondelle. Lors du montage, on ajoute une clavette pour assurer le maintien en position angulaire des rondelles dans le cylindre. Une autre solution consiste à utiliser un cylindre de base carrée avec des rondelles de base carrée dont le chambrage est circulaire, le chambrage étant alors réalisé par fraisage et les trous par poinçonnage. Les figures 6a, 6b, 6c et 6d illustrent des rondelles de base carrée à guide d'onde circulaire, lesdites rondelles réalisant des fonctions similaires aux rondelles des figures 5a, 5b, 5c et 5d. REVENDICATIONS 1. Filtre en guide d'onde qui comporte: - un support (1) qui comporte une cavité, la cavité étant un cylindre de base quelconque, - une pluralité de rondelles (2, 3, 4) dont la forme extérieure correspond à la base du cylindre, chaque rondelle comportant au moins un trou. 2. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une rondelle comporte un chambrage dont la profondeur correspond à la largeur d'une cavité du filtre. 3. Filtre selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la base du cylindre est un cercle. 4. Filtre selon la revendication 3, caractérisé en ce que le support (1) comporte, à au moins une extrémité, un pas de vis (7) pour recevoir un capot de fixation (6). 5. Filtre selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la base du cylindre est un rectangle. 6. Filtre selon la revendication 5, caractérisé en ce que la base du cylindre est un carré. 7. Filtre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support (1) est réalisé en un matériau conducteur. 8. Filtre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les rondelles (2, 3, 4) sont réalisées dans un métal ou un alliage métallique.