Brevet FR2848342A1 — publié le 20040611

Filtre passe-bande à réponse pseudo-elliptique L'invention se rapporte à un filtre passe-bande à réponse pseudo elliptique de type guide d'onde. Un tel filtre est utilisé notamment dans les systèmes de transmission haute fréquence. Le développement grand public de dispositifs de transmission bidirectionnels à large bande nécessite l'utilisation de dispositif de filtrage présentant des contraintes importantes en terme de la sélectivité, de largeur 10 de bande, d'encombrement et de cot. Ces contraintes sont très importantes au niveau du filtrage réalisé du coté de l'antenne pour isoler l'émission et la réception o des signaux situés dans deux bandes très proches doivent être isolés entre eux. Parmi les technologies de filtre utilisable pour les fréquences 15 millimétriques, les technologies de type guide d'onde présentent un facteur de qualité suffisamment élevé pour répondre aux besoins. Les filtres en guide d'onde les plus utilisés sont aujourd'hui les filtres plan E à insert diélectrique et les filtres plan H à iris inductifs. Au-delà de 40 GHz, et pour des filtres très sélectifs, il est 20 préférable d'utiliser des filtres plan H à iris inductifs. La figure 1 représente un filtre passe-bande d'ordre 3 à quatre iris inductifs possédant une réponse de type Chebyshev. Un tel filtre, pour être très sélectif, nécessite d'avoir un ordre élevé N qui se traduit par une augmentation du nombre d'iris qui est égal à N+1. Or, l'augmentation du nombre des iris provoque l'augmentation 25 de la taille du filtre. Afin d'augmenter la sélectivité d'un filtre à iris, il est connu, par exemple de l'article de W. MENZEL et aI, " Planar integrated waveguide diplexer for low cost millimeter-wave applications " EUMC, pp 676-680, septembre 1997, d'introduire des zéros de transmission près de la bande 30 passante. L'introduction des zéros de transmission produit une réponse quasi-elliptique qui améliore la sélectivité du filtre. Par contre, l'introduction des zéros de transmission se fait par l'ajout de tronçons de guide (ou cavités résonantes) placés perpendiculairement à l'axe principal du filtre, ce qui rend le filtre moins compact. En outre, le nombre et le positionnement en 35 fréquence des zéros de transmission est limité en raison de la méthode de mise en oeuvre. Un but de l'invention est de proposer un filtre plan H à iris inductifs qui présente une réponse quasi-elliptique tout en gardant la même compacité qu'un filtre ayant une réponse de Chebyshev. Un deuxième but est de pouvoir utiliser un grand nombre de zéro de transmission. A cet effet, il est proposé un filtre en guide d'onde à iris inductif dans lequel au moins un insert flottant est placé dans un iris. L'invention est un filtre en guide d'onde comportant au moins une cavité délimitée par au moins deux iris inductifs. Le filtre comporte en outre au moins un insert flottant placé dans l'un des iris inductifs. Par insert flottant, il faut comprendre un insert métallique non électriquement relié au guide d'onde de sorte que son potentiel est flottant en fonction du champ électromagnétique circulant dans le guide d'onde. Selon différents modes préférés de réalisation, l'insert flottant est placé plus près du bord de l'iris que du centre de l'iris. Le filtre comporte au 15 moins un bloc de mousse diélectrique à l'intérieur du guide d'onde. L'insert flottant est imprimé sur le bloc de mousse. La mousse a une constante diélectrique relative proche de 1. L'invention est également un procédé de fabrication d'un filtre en guide d'onde dans lequel on réalise un guide d'onde en deux parties, le 20 guide d'onde comportant au moins une cavité délimitée par deux iris. Avant d'assembler les deux parties du guide d'onde on place à l'intérieur du guide d'onde au moins un bloc de mousse diélectrique. Le bloc supporte au moins une métallisation qui forme au moins un insert flottant. Préférentiellement, l'insert est réalisé par une technique 25 d'impression sur la mousse. 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 filtre en guide d'onde à iris selon l'état de la technique, la figure 2 représente différentes possibilités de réalisation d'insert flottant dans un iris, la figure 3 représente un exemple de réalisation d'un filtre en 35 guide d'onde disposant d'un insert flottant, la figure 4 représente un exemple de réponse en fréquence du filtre de la figure 3, les figures 5 et 6 représentent deux exemples de réalisation de filtre en guide d'onde à deux inserts, selon l'invention, les figures 7 et 8 représentent deux exemples de réponse en fréquence des filtres des figures 5 et 6, la figure 9 illustre un mode de fabrication d'un filtre selon l'invention. La figure 2a représente un insert métallique 1 placé dans un iris délimité par deux volets 2 et 3. L'insert métallique 1 est placé de manière 10 flottante, c'est à dire qu'il ne touche aucun bord du guide d'onde afin de pouvoir résonner à une fréquence qui dépend de sa longueur et du couplage avec le champ électrique. Le couplage avec le champ électrique dépend entre autre de la position de l'insert par rapport au centre du guide d'onde et de l'inclinaison de l'insert par rapport à l'axe du guide. Il n'existe pas pour 15 l'instant de modèle de calcul pour déterminer la fréquence de résonance d'un insert placé dans un iris. La méthode utilisée pour le dimensionnement de l'insert consiste à partir d'une longueur d'insert égale à -r/2, avec Xr la longueur d'onde correspondant à la fréquence de résonance souhaitée. Puis, à l'aide d'un 20 simulateur électromagnétique, on effectue une évaluation de la fréquence de résonance puis on modifie la taille de l'insert et éventuellement son inclinaison et sa position dans l'iris en fonction du résultat de la simulation effectuée. La longueur de l'insert est obtenue après quelques simulations et peut être encore affinée à l'aide de prototype. Si la longueur de l'insert est 25 trop importante il est toujours possible de plier l'insert afin d'obtenir un insert en C (figure 2b), en S (figure 2c) ou en L (figure 2d). La présence d'un insert dans un guide d'onde a pour effet de créer un zéro de transmission pour sa fréquence de résonance. L'insert transforme un simple guide en filtre réjecteur de bande très sélectif. Un 30 inconvénient est que l'insert interagit avec le guide d'onde et produit des perturbations supplémentaires. Placé dans un filtre, la caractéristique du filtre est modifiée par la présence de l'insert. La figure 3 représente, en perspective, un filtre disposant de trois cavités 4 couplées entre elles et à deux voies d'accès 6 par l'intermédiaire 35 de quatre iris 7. Le filtre de la figure 3 comporte un insert flottant 1 placé dans un iris. Le filtre de la figure 3 est un filtre du type représenté sur la figure 1 afin d'avoir une même bande passante. L'insert flottant est déterminé de manière à ce que sa fréquence de résonance se trouve placée en dehors de la bande passante pour venir renforcer la réjection du filtre en limite de bande. Le zéro de transmission étant placé à un endroit o la pente du filtre doit être fortement augmentée. Afin de ne pas trop perturber le champ à l'intérieur du filtre et donc la caractéristique du filtre sans insert, l'insert est placé de préférence à proximité d'un volet 2. Il est possible de placer l'insert au centre du guide, c'est à dire là o le coefficient de couplage avec le champ est maximum, mais il faut redimensionner le filtre en conséquence pour conserver une 10 même bande passante car un couplage trop important a pour effet de modifier fortement la caractéristique du filtre et notamment sa bande passante. La figure 4 montre un exemple de réponse possible du filtre de la figure 3 en comparaison avec le filtre de la figure 1. La courbe 10 correspond 15 au filtre de la figure 1 qui dispose d'une réponse en fréquence de type Chebyshev. La courbe 11 correspond à la réponse du filtre de la figure 3 dans le cas d'un insert résonant à la fréquence 12. La courbe 11 correspond à une réponse de type pseudo- elliptique qui présente un plus fort taux de réjection en limite haute de bande passante qu'une réponse de type 20 Chebyshev. La bande passante du filtre reste la même. Bien sr, l'ajout d'un insert peut ne pas suffire. Préférentiellement, on ajoute plusieurs inserts. La figure 5 montre un filtre à deux inserts 50 et 51 placés dans deux iris différents. La figure 6 montre un filtre à deux inserts 52 et 53 placés dans le même iris. Il est tout à fait possible de placer un, 25 deux ou plus d'inserts dans chaque iris, dans le cas d'un filtre disposant de 4 iris, on peut placer jusqu'à huit inserts ce qui permet d'ajouter huit zéros de transmission et donc de renforcer considérablement l'effet produit au niveau des fronts de la réponse du filtre. Lorsque l'on utilise plusieurs inserts, il convient de déterminer la 30 taille de chaque insert de manière individuelle. Puis on effectue une simulation du filtre incorporant tous les inserts afin d'affiner la taille des inserts et d'éventuellement redimensionner les volets des iris. La figure 7 montre une courbe 14 de réponse d'un filtre correspondant aux figures 5 ou 6 et pour lequel les fréquences de résonance 35 des inserts sont placées d'un même coté de la bande passante. Par rapport à la courbe 11, l'homme du métier peut remarquer que l'effet produit par les deux inserts sur la courbe 14 correspond à un effet amplifié. La figure 8 montre une courbe 15 de réponse d'un filtre correspondant aux figures 5 et 6 et pour lequel les fréquences de résonance des inserts sont placées de chaque coté de la bande passante. Bien évidemment, si l'on désire augmenter les fronts de réfection de chaque coté 5 de la bande, il est possible d'avoir recours à un nombre d'inserts plus important. L'homme du métier peut remarquer que l'encombrement d'un filtre selon l'invention reste inchangé par rapport à un filtre sans zéro de transmission. Egalement, le nombre de zéro de transmission peut être égal à 10 M*(N+1), avec M le nombre d'insert par iris et N l'ordre du filtre à iris et ce sans changer l'encombrement du filtre. Pour ce qui est de la réalisation d'un tel filtre, de nombreuses techniques sont possibles. La technique décrite ci-après à l'aide de la figure 9 permet de réaliser un tel filtre à moindre cot. Un bloc conducteur 90 est moulé et/ou usiné afin de correspondre à un guide d'onde muni de volets 91 formant des iris. Un capot 92 conducteur sert à fermer le bloc 90 formant ainsi un filtre en guide d'onde. Des premier, deuxième et troisième blocs de mousse 93 à 95 sont placés dans le guide d'onde avant la fermeture du capot 92. Les blocs de mousse 20 93 à 95 sont réalisés par exemple en mousse de polymétacrylate, commercialisé sous la marque ROHACELL HF, et qui est par exemple moulée par thermo-compression. D'une manière générale, la mousse utilisée doit disposer d'une constante diélectrique relative Sr proche de 1, des pertes faibles, par exemple de l'ordre de 104, et sur laquelle il est possible 25 de réaliser une métallisation. Le premier et le troisième blocs de mousse 93 et 95 servent également de substrat pour les inserts métalliques 96 et 97. Les inserts 96 et 97 sont réalisés à l'aide d'une technique compatible avec la mousse choisie. La métallisation est par exemple un dépôt de peinture conductrice fait à travers un masque sur lequel ont été préalablement inscrits 30 les motifs à implanter. La peinture est par exemple de type argent et doit présenter une accroche mécanique suffisante pour rester sur la mousse. Préférentiellement, la totalité du guide d'onde est remplie de mousse afin d'avoir un milieu de propagation homogène. Toutefois, il est possible de ne pas remplir la totalité du guide avec de la mousse si le 35 comportement de la mousse est très proche de l'air. Il est possible d'utiliser par exemple un unique bloc de mousse supportant les inserts, le bloc étant collé sur un coté ou au milieu du guide. Bien évidemment, de nombreuses variantes de l'invention sont possibles. Le nombre de cavité du filtre peut varier en fonction des besoins de l'homme du métier. De nombreux types de mousse sont utilisables. Le choix des peintures conductrices est relativement large. La réalisation des 5 inserts peut se faire selon une autre technique d'impression que la peinture, par exemple par photolithographie d'une couche métallique solidaire de la mousse. REVENDICATIONS 1. Filtre en guide d'onde comportant au moins une cavité (4) délimitée par au moins deux iris inductifs (7) caractérisé en ce que le filtre comporte en outre au moins un insert flottant (1) placé dans l'un des iris inductifs. 2. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'insert flottant (1) est placé plus près du bord de l'iris (7) que du centre de 10 l'iris (7). 3. Filtre selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un bloc (93 à 95) de mousse diélectrique à l'intérieur du guide d'onde. 4. Filtre selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'insert flottant (96, 97) est imprimé sur le bloc (93, 95) de mousse. 5. Filtre selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la mousse a une constante diélectrique relative proche de 1. 6. Filtre selon la revendication 5, caractérisé en ce que la mousse est une mousse de polymétacrylate. 7. Procédé de fabrication d'un filtre en guide d'onde dans lequel on réalise un guide d'onde en deux parties (90, 92), le guide d'onde comportant au moins une cavité (4) délimitée par deux iris (7, 91), caractérisé en ce qu'avant d'assembler les deux parties (90, 92) du guide d'onde on place à l'intérieur du guide d'onde au moins un bloc (93 à 95) de 30 mousse diélectrique, et en ce que le bloc (93, 95) supporte au moins une métallisation qui forme au moins un insert flottant (96, 97). 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'insert (96, 97) est réalisé par une technique d'impression sur la mousse. 35