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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.