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SYSTEME DE TRANSMISSION POUR HAUTE FREQUENCE.
La présente addition,'.concerne des changements, perfectionnements, modifications et additions au brevet belge N 511.583.
La présente invention est relative aux systèmes pour la trans- mission des ondes ultra-courtes et plus particulièrement aux filtres pour on- des ultra-courtes spécialement applicables aux circuits et lignes de transmission pour ondes ultra-courtes du type à circuit imprimé.
Dans le brevet belge N 511.583 on a décrit un type de ligne pour la transmission des ondes ultra-courtes comprenant, dans l'une de ses formes les plus simples, deux conducteurs pratiquement parallèles imprimés ou disposés de toute autre manière sur les faces opposées d'une bande ou cou- che de substance diélectrique, dont l'épaisseur est égalera une petite . fraction d'un quart de longueur d'onde. Les deux conducteurs peuvent être de même largeur ou bien l'un peut être plus large que l'autre. La substance diélectrique qui sépare les deux conducteurs peut être pratiquement de même largeur que le plus étroit d'entre eux, ou bien elle peut être plus large, selon la relation désirée.
L'un des objets de la présente invention est de prévoir un fil- tre pour ondes ultra-courtes caractérisé par une largeur de bande étroite, utilisant une section du type susmentionné de ligne à bandes parallèles.
Un autre objet de la présente invention est de prévoir un fil- tre pour ondes ultra-courtes caractérisé par une largeur de oande étroite, et qui soit de faible volume, de faible poids, et dont la fabrication soit relativement simple et peu onéreuse.
L'une des caractéristiques de la présente invention réside dans la manière de prévoir des susceptances espacées, de valeur élevée, destinées
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à définir une cavité ou une section résonnante dans une forme de ligne com- prenant des conducteurs parallèles en forme de ruban. Généralement parlant, les susceptances peuvent être obtenues en disposant deux obstacles ou autres discontinuités dans la lignesen des points espacés, de manière à former entre celles-ci une cavité résonnante. Ces discontinuités peuvent comprendre n'importe quelle structure pouvant produire des susceptances de valeurs désirées.
Par exemple, une telle susceptance peut se présenter sous la forme de prolongements de conducteur disposés partiellement à travers l'espace compris entre les conducteurs parallèles en forme de ruban et une susceptance shunt peut comprendre un ou plusieurs conducteurs traversant entièrement l'espace compris entre les conducteurs parallèles. Ces prolongements des conducteurs ou ces conducteurs d'inter-connexion peuvent être disposés suivant de nombreuses manières différentes, comprenant diverses formes et dimensions de conducteurs,différents emplacements par rapportà l'axe longitudinal de la ligne, et de nombreux dispositifs différents. Une autre caractéristique de la présente invention réside dans la méthode et les moyens permettant d'accorder l'espace résonnant.
Ainsi qu'il sera décrit plus complètement ciaprès, cet accord de la cavité ou de l'espace résonnant peut être effectué de différentes manières, y compris au moyen de vis capacitives à vernier, de tendeurs ou de compresseurs de lignes et de protubérances ou projections latérales de la ligne.
Les objets et caractéristiques de la présente invention apparaî- tront plus clairement et l'invention elle-même sera mieux comprise si l'on se réfère à la description suivante d'exemples de réalisations, ladite description étant faite en relation avec les dessins ci-annexés dans lesquels ;
La Fig. 1 montre une vue en plan d'une forme de filtre conçu selon les principes de la présente invention.
La Fig. 2 montre une vue en coupe transversale prise suivant la ligne 2-2 de la Fig. 1.
La Fig. 3 montre un diagramme circulaire utilisé pour expliquer les caractéristiques de susceptance des obstacles utilisés dans le filtre.
La Fig. 4 montre une courbe de réponse des fréquences pour les filtres conçus selon les principes de la présente invention.
La Fig. 5 montre une vue fragmentaire d'un filtre montrant une section de cavité résonnante et un dispositif d'accord à vis capacitive pour celle-ci.
La Fig. 6 montre une vue en coupe longitudinale prise suivant la ligne 6-6 de la Figo 5.
Les Figs. 7, 8 et 9 montrent une vue en plan de dispositifs modifiés destinés à effectuer l'accord des sections à cavités résonnantes et pouvant être substitués aux dispositifs d'accord à vis des Figs. 5 et 6.
La Fig. 10 montre une vue en plan d'une autre forme de filtre conçu selon les principes de la présente invention.
La Fig. 11 montre une vue en coupe longitudinale prise suivant la ligne 11-11 de la Fig. 10.
Les Figs. 12, 13 et 14. sont des vues fragmentaires en plan de section de filtres montrant différents dispositifs de susceptances shunt.
La Fig. 15 montre une vue en coupe transversale prise suivant la ligne 15-15 de la Fig. 14.
La Fig. 16 montre une vue fragmentaire en plan d'un autre dispositif de susceptance pour la section de filtre.
Les Figs. 17 et 18 montrent des vues en coupe prises suivant la ligne 17-17 et 18-18 de la Fig. 16 et
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La Fig. 19 montre une vue en plan de deux sections résonnantes directement couplées d'un autre exemple de réalisation de la présente inven- tion.
Si l'on se réfère aux Figs. 1 et 2, on voit une ligne de trans- mission pour ondes ultra-courtes du type à circuit imprimé comprenant un pre- mier conducteur ou conducteur de ligne 1 et un second conducteur ou conduc- teur de terre 2 séparés par une couche de substance diélectrique 3.
La substance conductrice peut etre appliquée et/ou formée ou gravée sur une couche de substance diélectrique, par exemple du polystyrène, du polyéthylène, du "Teflon", de la fibre de verre ou toute autre substance appropriée de haute qualité diélectrique, sous la forme d'une peinture ou d'une encre conductri- ce, ou bien la substance conductrice peut être déposée chimiquement, pulvé- risée à travers un pochoir, ou saupoudrée sur des surfaces préparées et choi- sies de la substance diélectrique, ou par n'importe quelle autre technique connue des circuits imprimés. L'écartement entre les deux conducteurs est choisi de préférence de manière à être de l'ordre d'environ 1/10 à environ
1/5 d'un quart de la longueur d'onde de l'onde ultra-courte qui se propage le long du dispositif.
Les Figs. l et 2 montrent que la ligne pour la transmission des ondes ultra-courtes est pourvue d'obstacles espacés se présentant sous la forme de susceptances shunt constituées par les colonnettes 4, 5; 6, 7; 8, 9. Les trois sections de cavités constituées par ces colonnettes sont indi- quées comme ayant une longueur "I", les sections adjacentes étant couplées par des sections de lignes d'un quart de longueur d'onde. La demanderesse a découvert qu'une colonnette de 13/10 de m/m de diamètre disposée en relar- tion d'inter-connexion à travers les conducteurs de ligne 1, 2, dans l'axe longitudinal de la ligne, est approximativement équivalente à une susceptan- ce shunt de valeur -6,5. Des valeurs plus grandes de susceptances peuvent être obtenues avec des colonnettes d'un diamètre plus grand.
Cependant un accroissement dans les dimensions de la colonnette s'accompagne d'un accrois- sement correspondant de perte. De même une plaque de substance conductrice ou tout autre obstacle peut être disposé sur ou peut faire partie intégrante de l'un ou l'autre des conducteurs de ligne ses extrémités pouvant être ou- vertes ou court-circuitées par rapport à l'autre conducteur de ligne.
Au moyen de ces valeurs élevées de susceptance, on obtient un filtre pour ondes ultra-courtes grâce à un écartement approprié desdités susceptances, et, pour des résonnateurs à cavités multiples, ces sections de filtres peuvent être couplées directement ou en quart d'onde. La longueur de l'écartement entre les susceptances telles que celles qui sont obtenues au moyen des colonnettes 4 et 5, par exemple, peut être obtenue au moyen du diagramme en cercle montré à la Fig. 3, en considérant le fait que dans de telles lignes le rapport : vitesse de phase / vitesse de la lumière, est pratiquement constant avec la fréquence, c'est-à-dire que la ligne ne pro- duit pas de dispersion.
Les deux cercles 10 et 11 montrés sur le diagramme d'admission Smith de la Fig. 3 ont été basés sur des essais de susceptances à oolonnet- tes simples et doubles des formes indiquées sur le dessin. On observera que la colonnétte unique montrée en 10a est égale à deux fois le diamètre de cha- que colonnette utilisée en lla, et que cependant le cercle 10 est plus pe- tit que le cercle 11, indiquant ainsi que la perte de la colonnette unique, bien que faible, est plus grande que celle des doubles colonnettes. Les va- leurs correspondantes obtenues des chartes dans ces deux essais sont montrées à la figure.
A titre d'exemple, dans une section résonnante de ligne les deux colonnettes utilisées pour former la section résonnante centrée à 4600 mégacycles par seconde ont été placées à une distance entre les axes desdi- tes colonnettes de 14,5 mm. La réponse de fréquence d'une telle cavité est montrée par la courbe 13 de la Fig. 4. Lorsqu'une section multiple couplée en quart d'onde telle que celle qui est montrée à la Fig. 1 est prévue; la courbe de réponse de fréquence est rétrécie comme indiqué par la courbe 14,
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assurant ainsi un filtre passe-bande étroit.
Ainsi que le montre le diagramme circulaire de la Fig. 3, la perte d'insertion d'une cavité unique à la fréquence centrale est d'environ 1,4 décibel dans une ligne présentant des pertes de 3 décibels par mètre. Cette valeur de 1,4 décibel a été obtenue d'un module de dispositif utilisant de la fibre de verre comme substance diélectrique présentant des pertes diélectriques importantes. Ces pertes d'insertion peuvent cependant être obtenues en utilisant du diélectrique "Te- flon". Ainsi qu'il ressort du diagramme circulaire, on observera également que la distance entre les colonnettes 4 et 5 est assez critique et qu'une erreur de 0,05 millimètres dans la distance entre les axes des colonnettes décale la fréquence centrale de la bande passante d'environ 160 mégacycles.
Du fait que l'écartement entre les colonnettes est critique, il est désirable de déterminer aussi exactement que possible l'emplacement des colonnettes. Après avoir déterminé de façon approximative l'emplacement de la colonnette, son emplacement exact ou quasi-exact peut être obtenu au moyen de la méthode suivante. Le trou devant recevoir la colonnette est légèrement plus large que la colonnette ou le fil conducteur qui doit être utilisé. On applique une goutte de soudure aux deux extrémités de la colonnette, l'une pour la connecter au conducteur 2 et l'autre pour la connecter au conducteur 1. L'emplacement de ces soudures est indiqué en 15 et 16 sur la Fig.
2. La soudure est maintenue en état de fusion au moyen d'un fer à souder, de manière à ce que la position de la colonnette puisse être réglée légèrement dans le sens longitudinal ou latéral par rapport à l'axe longitudinal de la ligne,jusqu'à ce qu'on obtienne une position optimum, après quoi on laisse la soudure se refroidir. Cette méthode pour l'essai de la position de la colonnette peut être appliquée en utilisant n'importe quelle technique de mesure appropriée. Quand l'emplacement de la colonnette est déterminé par une méthode expérimentale, il peut être reproduit de façon exacte au moyen de procédés photographiques et de la technique des circuits imprimés.
On a cependant reconnu qu'une légère variation est toujours possible, du fait qu'une légère variation dans la position peut altérer la valeur de la susceptance ou l'écartement effectif de la section de cavité.
En conséquence, il est désirable de prévoir certains dispositifs additionnels permettant d'accorder une section résonnante après la fabrication du filtre.
Les Figs. 5 et 6 montrent une forme de dispositif d'accord. Cette forme comprend une vis d'accord 17 qui est disposée de préférence dans l'axe longitu- dinal de la ligne, bien que cela ne soit pas nécessaire pour permettre un ajustement de l'écart entre les conducteurs 1 et 2. De plus la vis 17 peut être située à n'importe quel endroit entre les deux obstacles. Dans ce but le diélectrique 3 est pourvu d'une ouverture 18. Lorsque le conducteur 1 ou 2 à travers lequel passe la vis est d'une épaisseur faible telle qu'il ne puisse fournir pour la vis une connexion filetée satisfaisante, une rondelle filetée 19 destinée à recevoir la vis est prévue. Si on le désire l'ouverture 10 ménagée dans la substance diélectrique peut comporter un pas destiné à accomoder le pas de la vis.
Les Figs. 7, 8 et 9 montrent des variantes du dispositif d'accord pour la section résonnante du filtre. Suivant la Fig. 7 le conducteur de ligne la présente une section large lb comprise entre l'emplacement des colonnettes 4 et 5.En supprimant des portions de la section lb ainsi que l'indiquent les lignes 20 et 21 on peut varier la longueur effective entre les axes des colonnettes 4 et 5. Par exemple la ligne est allongée par un accroissement de sa largeur ou raccourcie par une diminution de sa largeur.
Cet allongement et ce raccourcissement de la ligne se rapportent évidemment à la longueur d'onde de la ligne. Suivant la Fig. 8 un effet d'accord semblable est obtenu en disposant un tronçon de conducteur 22 en travers du conducteur 1 antre les colonnettes 4 et 5. L'accord est effectué en déposant une goutte de soudure 23 sur le fil 22, et, tandis que la soudure est maintenue en état de fusion au moyen d'un fer à souder, le fil est déplacé d'une position à une autre jusqu'à ce qu'un accord optimum soit obtenu et on laisse alors la soudure se solidifier. Lorsque l'emplacement exact du tronçon de conducteur est déterminé il peut être reproduit par l'impression d'oreil-
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les sur le conducteur 1 comme indiqué en 24 et 25 à la Fig. 9.
Si un accord plus poussé devient nécessaire, les extrémités de ces oreilles peuvent être raccourcies, comme indiqué par la ligne 26, jusque ce qu'un accord optimum soit obtenu. Si une trop grande portion desdites oreilles a été supprimée, un complément de substance conductrice peut être ajouté aux extrémités de celles-ci par soudure.
Si l'on se réfère aux Figs. 10 et 11 on voit une autre réali- sation de filtre dans laquelle chaque section résonnante est définie par quatre colonnettes 27, 28, 29 et 30. Ainsi qu'il est montré, deux de ces sections résonnantes sont indiquées en 31 et 32 et elles sont couplées en quart d'onde. La section de ligne comprenant les colonnettes se compose des conducteurs 33 et 34 supportés à leurs extrémités par des masses de substan- ce diélectrique 35 et 36 qui les maintiennent écartés l'un de l'autre. Ceci permet de ménager un espace libre dans les limites de la longueur du filtre.
Cependant cet espace rempli - d'air doit présenter un écartement différent entre les conducteurs 33 et 34 pour réaliser une adaptation d'impédance. par rapport à la ligne comportant les masses de diélectrique solide entre les conducteurs. Les extrémités des masses 35 et 36 sont effilées ainsi qu'il est montré en 35a et 36a de manière à effectuer une transition graduelle.
La relation entre les deux écartements pour l'impédance adaptée peut être exprimée par d' d , (Fig. 11) où ±, représente la constante die- 'lE.- lectrique du diélectrique solide. Si un support additionnel est nécessaire, on peut utiliser de la mousse de polyéthylène, ou de "Teflon" ayant pres- que l'unité de constante diélectrique et présentant des pertes très faibles pour constituer la substance maintenant l'écartement entre les conducteurs 33 et 34. Bien que les conducteurs 33 et 34 soient montrés comme étant d'é- gale largeur, l'un ou l'autre peut être plus large, comme on le désire. En vue de prévoir un accord supplémentaire pour les sections résonnantes de mê- me que pour le couplage en quart d'onde, il est prévu des vis a capacité 37, comme indiqué.
Cette forme de section de filtre où deux petites colon- nettes telles que 27 et 28 sont utilisées en remplacement d'une colonnette unique telle que la colonnette 4 de la Fig. 4 de la Fig. 1, pour former l'un des points de susceptance de la ligne, présente un avantage du fait que les colonnettes plus petites produisent une susceptance équivalente à celle ob- tenue avec une colonnette plus grosse et présentent en même temps une perte totale inférieure. Bien que le filtre des Figs. 10 et 11 soit présenté comme comportant une couche d'air formant diélectrique entre les conducteurs 33 et 34, on doit comprendre que la substance diélectrique 35 et 36 peut se conti- nuer sur toute la longueur du filtre, si on le désire.
La Fig. 12 montre une section résonnante similaire définie par quatre colonnettes 38, 39; 40 et 41. Les colonnettes définissant chaque sus- ceptance sont cependant décalées l'une par rapport à l'autre. Ce décalage produit un retard de phase qui , dans certaines installations, peut être + vantageux pour la suppression de modes de transmission indésirables. La Fig.
13 montre un autre dispositif pour la suppression des modes de trac-smiasion multiples dans lequel les susceptances du filtre sont formées au moyen d'une rangée de petites colonnettes comme indiqué en 42 et 43. Lorsqu'une série de ces colonnettes est utilisée, on peut employer des conducteurs plus petits que ceux qui seraient nécessaires pour une colonnette unique donnant la même susceptance. On peut utiliser indépendamment de telles dispositions des colon- nettes lorsque la suppression des modes multiples est nécessaire. De même il apparaîtra clairement à l'homme de l'art qu'une dispersion des colonnettes le long de la ligne, soit en groupe, soit selon une forme - dispersion don- née, peut être utilisée pour produire un effet de filtre en treillis.
Les Figs. 14 à 18 montrent quelques unes des différentes dispo- sitions et formes possibles des colonnettes qui peuvent être utilisées sans s'écarter des principes de la présente invention. Par exemple selon les Figs.
14 et 15 une section de filtre est définie par quatre colonnettes 44, 45, 46 et 47 formant des vannes. Ces vannes peuvent être d'épaisseur choisie afin de simuler des sections en forme d'iris des dimensions désirées. Les sections
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en forme d'iris représentées par les vannes 44 et 45 produisant une suscep- tance shunt, les vannes étant noyées dans le diélectrique 48. Sur les Fige.
16, 17 et 18 les prolongements de conducteurs se présentent sous la forme d'iris, qui, si on le désire, peuvent s'étendre sur toute la largeur des conducteurs 49 et 50 comme 1*'indiquent les portions en forme d'iris 51 et 52 de la Fig. 17. Les iris 51 et 52 n'occupent pas nécessairement la largeur totale des conducteurs, leur largeur étant fonction de l'importance de la susceptance nécessaire. Le dispositif d'accord indiqué en 53 à la Fig. 16 et montré plus en détail à la Fig. 18 comprend les iris réglables, 54 et 55, un pour chacun des conducteurs 49 et 50. Les deux iris 54 et 55 sont placés au centre de la section résonnante et sont disposés à l'opposé et à l'écart 1?un de l'autre.
La Fig. 19 montre un filtre à couplage direct comprenant des sections résonnantes 56 et 57 formées par trois séries de petites colonnettes 58, 59 et 60. Chaque section résonnante est pourvue de préférence d'une vis à capacité réglable 61. Bien que la série de colonnettes indiquée en 58 comprend trois petits conducteurs placés en dérivation à travers les conducteurs de ligne, une telle série pourrait être remplacée par une ou deux colonnettes, ou même par un nombre supérieur à trois si on le désire.
Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec des exemples particuliers de réalisations, on comprendra clairement que cette description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention.
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HIGH FREQUENCY TRANSMISSION SYSTEM.
The present addition relates to changes, improvements, modifications and additions to Belgian Patent No. 511,583.
The present invention relates to systems for the transmission of ultra-short waves and more particularly to filters for ultra-short waves especially applicable to circuits and transmission lines for ultra-short waves of the printed circuit type.
In Belgian patent N 511,583 a type of line for the transmission of ultra-short waves has been described comprising, in one of its simplest forms, two practically parallel conductors printed or arranged in any other way on the opposite faces of a strip or layer of dielectric substance, the thickness of which is equal to a small one. fraction of a quarter wavelength. The two conductors can be the same width or one can be wider than the other. The dielectric substance which separates the two conductors can be of substantially the same width as the narrower of them, or it can be wider, depending on the desired relationship.
One of the objects of the present invention is to provide an ultra-short wave filter characterized by a narrow bandwidth, using a section of the aforementioned type of parallel band line.
Another object of the present invention is to provide an ultra-short wave filter characterized by a narrow bandwidth, and which is of low volume, low weight, and the manufacture of which is relatively simple and inexpensive.
One of the features of the present invention is how to provide high value spaced susceptances for
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defining a cavity or a resonant section in a line shape comprising parallel ribbon-shaped conductors. Generally speaking, susceptances can be obtained by arranging two obstacles or other discontinuities in the line at spaced points, so as to form a resonant cavity between them. These discontinuities can include any structure that can produce susceptances of desired values.
For example, such a susceptance may be in the form of conductor extensions disposed partially through the space between the parallel ribbon-shaped conductors and a shunt susceptance may comprise one or more conductors passing entirely through the space between the strips. parallel conductors. These conductor extensions or interconnecting conductors can be arranged in many different ways, including various shapes and sizes of conductors, different locations relative to the longitudinal axis of the line, and many different devices. Another characteristic of the present invention lies in the method and the means for tuning the resonant space.
As will be described more fully below, this tuning of the cavity or resonant space can be effected in various ways, including by means of capacitive vernier screws, tensioners or line compressors and protrusions or projections. side of the line.
The objects and characteristics of the present invention will appear more clearly and the invention itself will be better understood if reference is made to the following description of exemplary embodiments, said description being given in relation to the following drawings. annexed in which;
Fig. 1 shows a plan view of one form of filter designed in accordance with the principles of the present invention.
Fig. 2 shows a cross-sectional view taken along line 2-2 of FIG. 1.
Fig. 3 shows a circular diagram used to explain the susceptance characteristics of the obstacles used in the filter.
Fig. 4 shows a frequency response curve for filters designed according to the principles of the present invention.
Fig. 5 shows a fragmentary view of a filter showing a resonant cavity section and a capacitive screw tuner therefor.
Fig. 6 shows a longitudinal sectional view taken along the line 6-6 of Figo 5.
Figs. 7, 8 and 9 show a plan view of modified devices intended to effect the tuning of the resonant cavity sections and which can be substituted for the screw tuning devices of Figs. 5 and 6.
Fig. 10 shows a plan view of another form of filter designed in accordance with the principles of the present invention.
Fig. 11 shows a longitudinal sectional view taken along the line 11-11 of FIG. 10.
Figs. 12, 13 and 14. are fragmentary sectional plan views of filters showing different shunt susceptance devices.
Fig. 15 shows a cross-sectional view taken along line 15-15 of FIG. 14.
Fig. 16 shows a fragmentary plan view of another susceptance device for the filter section.
Figs. 17 and 18 show sectional views taken along the line 17-17 and 18-18 of FIG. 16 and
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Fig. 19 shows a plan view of two directly coupled resonant sections of another exemplary embodiment of the present invention.
Referring to Figs. 1 and 2, a printed circuit type ultra-short wave transmission line is seen comprising a first conductor or line conductor 1 and a second conductor or earth conductor 2 separated by a layer of substance dielectric 3.
The conductive substance can be applied and / or formed or etched on a layer of dielectric substance, for example polystyrene, polyethylene, "Teflon", fiberglass or any other suitable substance of high dielectric quality, in the form of a conductive paint or ink, or the conductive substance may be chemically deposited, sprayed through a stencil, or dusted onto prepared and selected surfaces of the dielectric substance, or by n ' any other known technique of printed circuits. The spacing between the two conductors is preferably chosen so as to be of the order of about 1/10 to about
1/5 of a quarter of the wavelength of the ultra-short wave that propagates along the device.
Figs. 1 and 2 show that the line for the transmission of ultra-short waves is provided with spaced obstacles in the form of shunt susceptances formed by the posts 4, 5; 6, 7; 8, 9. The three sections of cavities formed by these columns are indicated as having an "I" length, the adjacent sections being coupled by quarter wavelength line sections. The Applicant has discovered that a column of 13/10 m / m in diameter disposed in an interconnection relation through the line conductors 1, 2, in the longitudinal axis of the line, is approximately equivalent. to a shunt susceptance of -6.5. Higher values of susceptances can be obtained with columns of a larger diameter.
However, an increase in the dimensions of the post is accompanied by a corresponding increase in loss. Likewise, a plate of conductive substance or any other obstacle may be placed on or may form an integral part of one or other of the line conductors, its ends may be open or short-circuited with respect to the other conductor. line.
By means of these high susceptance values, an ultra-short wave filter is obtained by appropriate spacing of said susceptances, and, for multi-cavity resonators, these filter sections can be either direct or quarter wave coupled. The length of the spacing between susceptances such as those obtained by means of posts 4 and 5, for example, can be obtained by means of the circle diagram shown in FIG. 3, considering the fact that in such lines the ratio: phase speed / speed of light, is practically constant with frequency, that is to say that the line does not produce dispersion.
The two circles 10 and 11 shown in the Smith intake diagram of FIG. 3 were based on single and double pole susceptance tests of the shapes shown in the drawing. It will be observed that the single column shown at 10a is equal to twice the diameter of each column used at 11a, and yet circle 10 is smaller than circle 11, thus indicating that the single column has been lost. , although small, is larger than that of the double columns. The corresponding values obtained from the charts in these two tests are shown in the figure.
For example, in a line resonant section the two posts used to form the resonant section centered at 4600 megacycles per second were placed at a distance between the axes of said posts of 14.5 mm. The frequency response of such a cavity is shown by curve 13 in FIG. 4. When a quarter-wave coupled multiple section such as that shown in FIG. 1 is planned; the frequency response curve is narrowed as indicated by curve 14,
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thus ensuring a narrow bandpass filter.
As can be seen from the circular diagram of FIG. 3, the insertion loss of a single cavity at the center frequency is about 1.4 decibels in a line with losses of 3 decibels per meter. This 1.4 decibel value was obtained from a device module using fiberglass as a dielectric substance exhibiting high dielectric losses. These insertion losses can however be obtained by using "Teflon" dielectric. As can be seen from the circular diagram, it will also be observed that the distance between columns 4 and 5 is quite critical and that an error of 0.05 millimeters in the distance between the axes of the columns shifts the center frequency of the passband. of about 160 megacycles.
Since the spacing between the posts is critical, it is desirable to determine the location of the posts as accurately as possible. After having roughly determined the location of the column, its exact or near-exact location can be obtained using the following method. The hole to receive the post is slightly larger than the post or wire that is to be used. A drop of solder is applied to both ends of the post, one to connect it to conductor 2 and the other to connect it to conductor 1. The location of these welds is indicated at 15 and 16 in FIG.
2. The solder is kept in a state of fusion by means of a soldering iron, so that the position of the post can be adjusted slightly in the longitudinal or lateral direction with respect to the longitudinal axis of the line, until an optimum position is obtained, after which the solder is allowed to cool. This method for testing the post position can be applied using any suitable measurement technique. When the location of the post is determined by an experimental method, it can be accurately reproduced using photographic methods and printed circuit board technology.
However, it has been recognized that a slight variation is always possible, as a slight variation in the position can alter the value of the susceptance or the effective spacing of the cavity section.
Accordingly, it is desirable to provide some additional devices for tuning a resonant section after manufacture of the filter.
Figs. 5 and 6 show a form of tuning device. This form includes a tuning screw 17 which is preferably disposed along the longitudinal axis of the line, although this is not necessary to allow adjustment of the gap between conductors 1 and 2. In addition the screw 17 can be located anywhere between the two obstacles. For this purpose, the dielectric 3 is provided with an opening 18. When the conductor 1 or 2 through which the screw passes is of a small thickness such that it cannot provide a satisfactory threaded connection for the screw, a threaded washer 19 intended to receive the screw is provided. If desired, the opening 10 formed in the dielectric substance may include a pitch intended to accommodate the pitch of the screw.
Figs. 7, 8 and 9 show variants of the tuning device for the resonant section of the filter. According to FIG. 7 the line conductor 1a has a wide section lb between the location of the posts 4 and 5. By eliminating portions of the section lb as indicated by lines 20 and 21, the effective length between the axes of the columns 4 and 5. For example, the line is lengthened by an increase in its width or shortened by a reduction in its width.
This lengthening and shortening of the line obviously relates to the wavelength of the line. According to FIG. 8 a similar tuning effect is obtained by placing a conductor section 22 across the conductor 1 between the posts 4 and 5. The tuning is carried out by depositing a drop of solder 23 on the wire 22, and, while the solder is kept in a molten state by means of a soldering iron, the wire is moved from one position to another until optimum tuning is obtained and the solder is then allowed to solidify. When the exact location of the conductor section is determined it can be reproduced by ear printing.
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them on the conductor 1 as indicated at 24 and 25 in FIG. 9.
If further tuning becomes necessary, the tips of these ears may be shortened, as indicated by line 26, until optimum tuning is achieved. If too large a portion of said ears has been removed, additional conductive substance can be added to the ends thereof by soldering.
Referring to Figs. 10 and 11 is another embodiment of the filter in which each resonant section is defined by four posts 27, 28, 29 and 30. As shown, two of these resonant sections are indicated at 31 and 32 and they are quarter-wave coupled. The line section comprising the columns consists of the conductors 33 and 34 supported at their ends by masses of dielectric substance 35 and 36 which keep them spaced apart from each other. This allows a free space to be left within the limits of the length of the filter.
However, this space filled with air must have a different spacing between the conductors 33 and 34 in order to achieve an impedance matching. with respect to the line comprising the masses of solid dielectric between the conductors. The ends of masses 35 and 36 are tapered as shown at 35a and 36a so as to effect a gradual transition.
The relation between the two spacings for the matched impedance can be expressed by d 'd, (Fig. 11) where ±, represents the die - lE - electric constant of the solid dielectric. If additional support is required, one can use polyethylene foam, or "Teflon" having almost unity of dielectric constant and having very low losses to constitute the substance maintaining the spacing between the conductors 33 and. 34. Although the conductors 33 and 34 are shown to be of equal width, either can be wider, as desired. In order to provide additional tuning for the resonant sections as well as for the quarter wave coupling, capacity screws 37 are provided, as shown.
This form of filter section where two small columns such as 27 and 28 are used as a replacement for a single column such as column 4 in FIG. 4 of FIG. 1, to form one of the susceptance points of the line, has an advantage that the smaller columns produce a susceptance equivalent to that obtained with a larger column and at the same time have a lower total loss. Although the filter of Figs. 10 and 11 is shown to have a dielectric layer of air between conductors 33 and 34, it should be understood that the dielectric substance 35 and 36 can continue along the entire length of the filter, if desired.
Fig. 12 shows a similar resonant section defined by four columns 38, 39; 40 and 41. The columns defining each sus- ceptance are however offset from one another. This shift produces a phase delay which, in some installations, can be beneficial for removing unwanted transmission modes. Fig.
13 shows another device for suppressing multiple trac-smiasion modes in which the susceptances of the filter are formed by means of a row of small posts as indicated at 42 and 43. When a series of these posts is used, one is used. may use conductors smaller than those needed for a single post giving the same susceptance. Columns can be used independently when multiple mode suppression is required. Likewise, it will be clear to those skilled in the art that a dispersion of the columns along the line, either in groups or in a given form - dispersion, can be used to produce a lattice filter effect. .
Figs. 14-18 show some of the various possible arrangements and shapes of posts which can be used without departing from the principles of the present invention. For example according to Figs.
14 and 15 a filter section is defined by four columns 44, 45, 46 and 47 forming valves. These valves can be of chosen thickness in order to simulate iris-shaped sections of the desired dimensions. The sections
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iris-shaped represented by valves 44 and 45 producing a shunt sus- ceptance, the valves being embedded in dielectric 48. On Fige.
16, 17 and 18 the conductor extensions are in the form of irises, which, if desired, can extend across the full width of the conductors 49 and 50 as 1 * 'indicate the iris-shaped portions 51 and 52 of FIG. 17. The irises 51 and 52 do not necessarily occupy the total width of the conductors, their width being a function of the importance of the susceptance required. The tuning device indicated at 53 in FIG. 16 and shown in more detail in FIG. 18 includes the adjustable irises, 54 and 55, one for each of the conductors 49 and 50. The two irises 54 and 55 are placed in the center of the resonant section and are arranged opposite and apart from one to the other. 'other.
Fig. 19 shows a direct coupled filter comprising resonant sections 56 and 57 formed by three series of small posts 58, 59 and 60. Each resonant section is preferably provided with an adjustable capacity screw 61. Although the series of posts indicated at 58 comprises three small conductors placed in branch through the line conductors, such a series could be replaced by one or two columns, or even by a number greater than three if desired.
Although the principles of the present invention have been described above in connection with particular exemplary embodiments, it will be clearly understood that this description is made only by way of example and does not limit the scope of the invention.