Brevet FR2961025A1 — publié le 20111209

B10211 1 FILTRE À RÉSONATEUR PATCH ACCORDABLE Domaine de l'invention La présente invention concerne un filtre à résonateur patch accordable. Etat de la technique Parmi les dispositifs utilisables comme filtres et notamment comme filtres passe-bande, dans le domaine des radio-fréquences, d'une centaine de MHz à 10 GHz ou plus, il a été proposé, notamment dans un article de Ariana L. C. Serrano et al "A Tunable Bandpass Patch Filter", paru dans IEEE Proceedings International Workshop on Microwave Filters, novembre 2009, d'utiliser un filtre à résonateur patch circulaire à fentes du type illustré en vue de dessus en figure 1A et en vue en coupe en figure 1B. Comme l'illustrent les figures 1A et 1B, un résonateur patch du type décrit dans l'article susmentionné comprend, du côté de la face inférieure d'un substrat diélectrique 1, un plan métallique 2, couramment un plan de masse, et du côté de la face supérieure, une métallisation imprimée ou patch 4, de forme circulaire. Dans cet exemple, la métallisation imprimée ou patch, est connectée, dans le cas d'un filtre, entre un microruban d'entrée 6 et un microruban de sortie 7, représentés très schématiquement. B10211 2 Cet article indique que l'on peut munir le patch de fentes 11 à 14 s'étendant sensiblement radialement jusqu'à la périphérie du patch. Ces fentes ont des longueurs identiques ou différentes. La largeur de bande et la fréquence centrale du résonateur sont modifiées selon les caractéristiques des fentes. Cet article propose également de disposer des condensateurs 21 à 24 en travers des fentes, par exemple sensiblement en position médiane. Et cet article mentionne que, si les condensateurs 21 à 24 sont mis en oeuvre par des varactances, on peut obtenir un dispositif à fréquence et bande passante réglable de façon télécommandable, en ajustant la tension de polarisation des varactances, ce qui permet de réaliser un filtre télécommandable. Toutefois, des essais effectués ultérieurement par les présents inventeurs ont montré que ce type de résonateur patch circulaire à fentes radiales et à condensateurs ajustables, s'il présente bien les avantages de possibilité de réglage à distance annoncés dans l'article susmentionné, présente l'inconvénient qu'il est très difficile d'ajuster les valeurs des divers capa- cités pour obtenir un réglage souhaité et une bande passante de filtre se déplaçant et s'élargissant de façon prédéterminée, sauf à procéder par des ajustements empiriques. Résumé Un objet d'un mode de réalisation de la présente 25 invention est de prévoir un filtre à résonateur patch qui soit ajustable d'une façon déterminée et prédéterminable. Un objet plus particulier de la présente invention est de prévoir un tel filtre dans lequel on puisse régler de façon choisie ou bien la largeur de bande, ou bien la bande centrale 30 d'un filtre, et dans lequel il soit possible d'opérer ces deux réglages indépendamment l'un de l'autre. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, un mode de réalisation de la présente invention prévoit un résonateur patch triangulaire à motif de triangle, deux côtés du triangle 35 symétriques par rapport à un axe étant respectivement associés à B10211 3 un coupleur d'entrée et à un coupleur de sortie, comprenant des fentes en étoile à trois branches, une première fente s'étendant selon ledit axe, de part et d'autre du centre du triangle, les deux autres fentes s'étendant symétriquement à partir de la base de la première fente, aucune des branches ne débouchant, un condensateur ajustable étant connecté en travers de chacune des fentes. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le triangle est un triangle équilatéral. Selon un mode de réalisation de la présente invention, chaque condensateur ajustable comprend une varactance. Selon un mode de réalisation de la présente invention, un procédé d'ajustement d'un filtre comportant un résonateur tel que ci-dessus, comprend, pour régler la fréquence de coupure haute du résonateur, l'étape consistant à faire varier la capacité du condensateur disposé sur la première fente. Selon un mode de réalisation de la présente invention, un procédé d'ajustement d'un filtre comportant un résonateur tel que ci-dessus, comprend, pour faire varier la fréquence de coupure basse, l'étape consistant à faire varier la capacité des condensateurs associés auxdites deux autres fentes. Selon un mode de réalisation de la présente invention, un procédé d'ajustement d'un filtre comportant un résonateur tel que ci-dessus, comprend, pour faire varier la largeur de bande, l'étape consistant à faire varier les capacités de l'ensemble des condensateurs, la somme des capacités du premier condensateur et de l'un des deux autres condensateurs étant maintenue constante. Selon un mode de réalisation de la présente invention, un procédé d'ajustement d'un filtre comportant un résonateur tel que ci-dessus, comprend, pour déplacer la bande passante, l'étape consistant à faire varier les capacités de l'ensemble des condensateurs, la différence des capacités du premier condensateur et de l'un des deux autres condensateurs étant maintenue constante. B10211 4 Brève description des dessins Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : les figures 1A et 1B sont une vue de dessus et une vue en coupe selon le plan B-B de la figure 1A d'un résonateur patch circulaire ; les figures 2A et 2B sont une vue de dessus et une vue 10 de détail d'un résonateur patch triangulaire ; et les figures 3 à 7 représentent des courbes utiles à l'exposé du fonctionnement du résonateur patch triangulaire accordable de la figure 2A. Description détaillée 15 La figure 2A est une vue de dessus d'un résonateur à motif métallique ou patch triangulaire associé à un coupleur d'entrée 31 et à un coupleur de sortie 32. Dans cet exemple, les coupleurs d'entrée et de sortie sont représentés sous forme de microrubans disposés parallèlement à deux côtés du résonateur 20 triangulaire. On notera toutefois que tout autre système de cou-plage de signaux RF d'entrée et de sortie pourra être utilisé. On définit un axe 35 du résonateur triangulaire orthogonal au côté non associé à un coupleur d'entrée ou de sortie, qu'on appellera côté de base 36. Le triangle est symétrique par 25 rapport à l'axe 35, et est de préférence équilatéral. Selon l'axe 35, s'étend d'une fente 41. La fente 41 s'étend de part et d'autre du centre du triangle et ne débouche pas en dehors de la métallisation constituant le résonateur triangulaire 30. Du côté inférieur de la fente 41, s'étendent 30 deux fentes latérales 42 et 43 symétriques par rapport à l'axe 35. Ces fentes peuvent être, comme cela est représenté, rectili- gnes et orthogonales à la fente 41. Elles peuvent également avoir toute autre forme, par exemple être en arc de cercle, leurs extrémités étant dirigées vers la base 36, ou rectilignes 35 mais inclinées avec leurs extrémités pointant vers la base 36. B10211 L'effet de ces fentes est de réduire la fréquence de résonance des deux modes de résonance fondamentaux du résonateur triangulaire. En outre, des condensateurs ajustables 51, 52, 53 sont 5 disposés en travers des fentes 41, 42 et 43 dans une partie médiane de chacune des fentes. Ces condensateurs sont par exemple disposés entre le premier et le deuxième tiers de la longueur de chacune des fentes. Le condensateur 51 a une valeur Cl. Les condensateurs 52 et 53 ont de préférence une même valeur C2 et sont disposés symétriquement. La figure 2B est une vue agrandie d'une partie de la fente 41 et représente un mode de réalisation possible d'un condensateur ajustable à commande en tension 51. Il sera clair pour l'homme de l'art que d'autres modes de réalisation d'un condensateur ajustable sont envisageables. Le condensateur variable proprement dit est réalisé par une varactance 61. Pour éviter un court-circuit pour le courant continu, la varactance est en série avec un condensateur 62, par exemple constitué d'une diode en inverse par rapport à la diode 61. Le point de raccordement de la varactance 61 et du condensateur 62 est connecté à une source de tension continue réglable V1 par l'intermédiaire d'une résistance 63. De plus, comme l'illustre la figure 2A, le motif métallique 30 est connecté à la masse par une résistance 65 pour fournir une référence de polarisation. Les résistances 63 et 65 ont des valeurs élevées pour éviter la déperdition de signal RF. A titre d'exemple, on connaît des varactances en GaAs dont la capacité peut varier de façon notable pour une tension de polarisation variant entre 0 et 20 volts. On va montrer que, contrairement au cas de l'utilisation d'un résonateur circulaire, l'utilisation d'un résonateur triangulaire permet d'obtenir des réglages facilement prévisibles de la fréquence centrale et de la largeur de bande du résonateur, et donc du filtre constitué par l'assemblage de ce résonateur avec un coupleur d'entrée et un coupleur de sortie. B10211 6 Les figures 3 à 7 illustrent diverses caractéristiques du filtre, simulées et vérifiées, dans le cas d'un filtre à résonateur patch triangulaire ayant les caractéristiques suivantes : - substrat de permittivité E = 10,2, et d'épaisseur = 0,635 nm, - triangle équilatéral de 12 mm de côté, - longueur de la fente 41 : 5,2 mm, - longueur des fentes latérales 42, 43 : 4,5 mm, - largeur des fentes : 0,5 mm. La figure 3 représente des courbes de transmission T en dB du filtre pour une valeur constante des capacités C2 (0,22 pF) et des valeurs variables de la capacité Cl de 0,29 à 0,22 pF, c'est-à-dire pour une tension de polarisation des capacités C2 de 20 volts et pour des tensions de polarisation de la capacité Cl variant de 8 à 20 volts. On constate que les diverses courbes 71 à 75 sont telles que la fréquence de coupure basse (environ 3,1 GHz) ne varie sensiblement pas tandis que la fréquence de coupure haute varie sensiblement de 3,6 à 3,8 GHz. Ainsi, quand la capacité Cl diminue, la bande passante du filtre augmente sans que la fréquence de coupure basse varie. La figure 4 représente des courbes de transmission 81 à 85 pour une valeur constante (0,29 pF) de la capacité Cl et des valeurs variables, de 0,22 à 0,37 pF, des capacités C2. Ici, et dans ce qui suit, on considère que l'on fait varier ensemble les deux condensateurs 52 et 53 de même capacité C2. Dans ce cas, on constate que la fréquence de coupure haute ne varie sensiblement pas et reste à une valeur voisine de 3,7 GHz alors que la fréquence de coupure basse varie de 3,1 à sensiblement 2,9 GHz. Ainsi, quand les capacités C2 augmentent, la bande passante du filtre augmente sans que la fréquence de coupure haute varie. En combinant les variations de la capacité Cl et des deux capacités C2, on peut donc modifier de façon déterminable la courbe de transmission d'un filtre. B10211 7 Comme l'illustre la figure 5, en faisant varier simultanément les capacités Cl et C2 tout en gardant constante la somme Cl + C2, on peut conserver une même fréquence centrale de transmission et élargir plus ou moins la bande passante, de façon déterminée. Dans le cas de la figure 6, on fait varier simultané-ment les valeurs des capacités Cl et C2 en gardant la différence Cl - C2 sensiblement constante. On obtient alors une largeur de bande constante tandis que la fréquence centrale du filtre se déplace. On notera que, en figure 6, au lieu d'indiquer des variations de capacité, on a indiqué des variations de tension de polarisation, ce qui est équivalent. Par ailleurs, la figure 7 représente la fréquence centrale en abscisses du résonateur à motif triangulaire en fonction de la valeur moyenne (Cl + C2)/2 des capacités Cl et C2 susmentionnées. On voit que cette caractéristique est sensible-ment linéaire, c'est-à-dire que les résultats sont bien prévisibles, comme l'illustre la figure 5. Ainsi, il est proposé ici un mode de réalisation d'un filtre patch dont les caractéristiques de variabilité de fréquence centrale et de largeur de bande sont déterminables. Il est ainsi possible de télécommander la courbe de transmission d'un filtre en agissant sur les tensions de polarisation de condensateurs réglables, ou en télécommandant de toute autre manière des condensateurs réglables, ce qui peut être utile pour un filtre installé dans un endroit inaccessible, par exemple un satellite. REVENDICATIONS1. Résonateur patch triangulaire à motif de triangle (30), deux côtés du triangle symétriques par rapport à un axe étant respectivement associés à un coupleur d'entrée et à un coupleur de sortie, comprenant des fentes en étoile à trois branches, une première fente (41) s'étendant selon ledit axe, de part et d'autre du centre du triangle, les deux autres fentes (42, 43) s'étendant symétriquement à partir de la base de la première fente, aucune des branches ne débouchant, un condensateur ajustable (51-53) étant connecté en travers de chacune des fentes. 2. Résonateur selon la revendication 1, dans lequel ledit triangle est un triangle équilatéral. 3. Résonateur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel chaque condensateur ajustable comprend une varactance. 4. Procédé d'ajustement d'un filtre comportant un résonateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant, pour régler la fréquence de coupure haute du résonateur, l'étape consistant à faire varier la capacité (Cl) du condensateur disposé sur la première fente. 5. Procédé d'ajustement d'un filtre comportant un résonateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant, pour faire varier la fréquence de coupure basse, l'étape consistant à faire varier la capacité (C2) des condensateurs associés auxdites deux autres fentes. 6. Procédé d'ajustement d'un filtre comportant un résonateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant, pour faire varier la largeur de bande, l'étape consistant à faire varier les capacités (Cl, C2) de l'ensemble des condensateurs, la somme (C1+C2) des capacités du premier condensateur et de l'un des deux autres condensateurs étant maintenue constante. 7. Procédé d'ajustement d'un filtre comportant un résonateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant, pour déplacer la bande passante, l'étape consistantB10211 9 à faire varier les capacités (Cl, C2) de l'ensemble des condensateurs, la différence (C1-C2) des capacités du premier condensateur et de l'un des deux autres condensateurs étant maintenue constante.