EP0021523B1 - Filtre coupe-bande pour ligne de transmission hyperfréquence et circuit de polarisation de transistor hyperfréquence comprenant ce filtre - Google Patents

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EP0021523B1
EP0021523B1 EP19800200567 EP80200567A EP0021523B1 EP 0021523 B1 EP0021523 B1 EP 0021523B1 EP 19800200567 EP19800200567 EP 19800200567 EP 80200567 A EP80200567 A EP 80200567A EP 0021523 B1 EP0021523 B1 EP 0021523B1
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Laboratoires dElectronique Philips SAS
Koninklijke Philips NV
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Laboratoires dElectronique et de Physique Appliquee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
Koninklijke Philips Electronics NV
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00Auxiliary devices
    • H01P1/20Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/201Filters for transverse electromagnetic waves
    • H01P1/203Strip line filters
    • H01P1/2039Galvanic coupling between Input/Output

Definitions

  • the present invention relates to a notch filter for microwave transmission line with distributed constants produced in planar structure and in particular according to the microstrip technique, as well as a microwave transistor bias circuit comprising this filter.
  • a conventional way of ensuring the reception of a microwave signal consists in providing in the receiver a mixer which receives on the one hand this useful microwave signal of frequency f s and on the other hand a signal of frequency f OL delivered by an oscillator local and which delivers a signal at an intermediate frequency f FI equal to the difference of the frequencies f s and f OL .
  • a filter must be placed which prevents the transmission of the frequencies f s and f OL while favoring that of the lower frequency f F , i.e. a low-pass filter or all at least tape cutter.
  • the object of the invention is to propose a band-cut microwave filter which avoids such necessarily unsatisfactory compromises and which proves to be extremely compact while presenting a fairly wide cut band and offering a short-circuit plane well located by compared to the mixer to optimize the yield thereof.
  • the invention relates to a notch filter for microwave transmission line with distributed constants produced in planar structure and in particular according to the microstrip technique, with the characteristics according to claim 1.
  • the notch filter thus produced can use an extremely small space very efficiently, and a judicious choice of the dimensions and the relative position of the two filter elements makes it possible to obtain at will the desired width of cut band.
  • the filter may include at least a third filtering element intended to prevent the transmission of a third frequency band centered on the frequency twice the central frequency of the first frequency band and composed of a quarter wave filter of electrical length ⁇ 1/8 placed in parallel on one of the two transmission channels at a distance from the entry point of the notch filter equal to ⁇ 1/2 .
  • the notch filter shown in Figure 1 has an entry point E, to which an upstream part Le of the transmission line is connected, to which the filter is incorporated, and an exit point S, to which a downstream part is connected L s of this transmission line.
  • This notch filter is composed of a first filter element 10 and a second filter element 20, intended to prevent the transmission of a first frequency band and a second frequency band adjacent to the first, respectively. .
  • Element 20 is composed of a quarter-wave filter, of electrical length equal to a quarter of the wavelength X 2 associated with the center frequency of the second frequency band, and placed at the entry point E of the notch filter.
  • the element 10 is composed of a set of two transmission paths 21 and 22 in parallel which separate at the entry point E, in the short-circuit plane defined by the presence of the second filter element 20, surround this element 20 then regroup at the exit point S.
  • La first channel 21 follows in the example here describes a circular arc path of electrical length ⁇ 1/4 (At 1 being the wavelength associated with the center frequency of the first frequency band), while the second channel 22 follows a path in a complementary arc, of electrical length 3 ⁇ 1/4 .
  • the signals at the frequency corresponding to the wavelength ⁇ 1 therefore arrive in phase opposition and no signal at this frequency is transmitted to the part L s of the line of transmission.
  • the contour of the notch filter is obviously extremely compact, since the circular shape adopted for element 10 is very compact and the interior of this first element is used for positioning. of the second filter element. Furthermore, the insulation provided by the notch filter according to the invention is excellent, and limited only by the parasitic coupling (higher modes) which can appear between E and S (an attenuation of 60 dB can for example be obtained if you don't want a bandwidth greater than a few percent).
  • This exemplary embodiment of the invention is an advantageous compact structure in two respects, on the one hand for its use in applications where the small dimensions of the components play a primordial role, and on the other hand in that it allows better focus the electric and magnetic fields and thus make the filter less sensitive to proximity effects.
  • the wavelength X2 is for example that which is associated with the useful microwave signal of frequency f s received and intended for the mixer (for example a microwave diode), and the length of wave ⁇ 1 that associated with the frequency signal f OL supplied by the local oscillator and also sent to the mixer.
  • the downstream part Lg of the transmission line receives only the frequency signal f FI supplied by the non-linear component that constitutes the mixer; the frequency signals f s and f OL do not reach this part L S , thanks to the combined action of the filter elements 10 and 20.
  • this filter comprises, in accordance with FIG. 2, a third filtering element 30, intended to prevent the transmission of a third frequency band centered on the frequency twice the center frequency of the first frequency band.
  • the signal of frequency f OL delivered by the local oscillator has an amplitude in general much higher than that of the received microwave signal, of frequency fs, and the presence of the harmonic of rank 2 of this frequency signal f OL therefore corresponds to a significant loss of energy.
  • the introduction of the third filter element 30 makes it possible to prevent the transmission of this harmonic and to avoid the deterioration of the yield which results from such a transmission.
  • This third filtering element 30 is a quarter-wave filter placed in parallel on the second transmission channel 22, at a distance from the entry point E of the notch filter equal to ⁇ 1/2 and its length is ⁇ 1 / 8 since we want to eliminate the harmonic of rank 2 from the signal filtered by the first filtering element 10.
  • FIG. 3 shows another possible application of the invention, namely the incorporation of the notch filter into the bias circuit of a microwave transistor.
  • the notch filter according to the invention is connected (perpendicularly in the present case), at its entry point E, to a section 40 of transmission line, itself placed in parallel on a transmission line 41 comprising a microwave transistor 42 and a capacitor 45.
  • the length of the section 40 is equal to a quarter of the wavelength associated with the microwave signal crossing the transmission line 41.
  • the filter is also connected perpendicularly, at its output point S, to a power supply circuit 43 of the transistor 42.
  • This arrangement allows the circuit 43 to ensure the bias of the transistor 42 by transmission of its bias voltage across the line section 44, the notch filter (such as that of the FIG. 1 for example), the section 40 and the line 41. Conversely, the microwave signal which traverses the line 41 cannot reach the circuit 43 because of the effective barrier constituted by the notch filter. The filtering action is even more effective if the section 40 is given as high an impedance as possible.
  • the circular arrangement of the two transmission paths of the first filter element has been recognized as being as compact as possible, but a square or rectangle arrangement, for example, remains compact and therefore almost as advantageous as that described and shown.

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Description

  • La présente invention concerne un filtre coupe-bande pour ligne de transmission hyperfréquence à constantes réparties réalisé en structure planar et notamment suivant la technique du microruban, ainsi qu'un circuit de polarisation de transistor hyperfréquence comprenant ce filtre.
  • Une façon classique d'assurer la réception d'un signal hyperfréquence consiste à prévoir dans le récepteur un mélangeur qui reçoit d'une part ce signal hyperfréquence utile de fréquence fs et d'autre part un signal de fréquence fOL délivré par un oscillateur local et qui délivre un signal à une fréquence intermédiaire fFI égale à la différence des fréquences fs et fOL. A la suite du mélangeur, il faut cependant placer un filtre qui empêche la transmission des fréquences fs et fOL tout en favorisant celle de la fréquence plus faible fF,, c'est-à-dire un filtre passe-bas ou tout au moins coupe-bande.
  • De tels filtres apparaissent à l'intérieur de l'étage d'amplification décrit dans « Proceedings of the 4th European Microwave conference», Montreux, septembre 1974, pages 97 à 100 (voir la figure 2), ou de l'étage oscillateur décrit dans « Proceedings of the 5th European Microwave Conference », Hambourg, septembre 1975, page 296 et suivantes (voir la figure 4). Néanmoins, si ce filtre est utilisé isolément comme dans le cas du second document, il n'a qu'une très faible bande coupée et ne peut convenir pour l'application envisagée ci-dessus. Si plusieurs filtres sont au contraire associés, l'accroissement de bande coupée qui peut en résulter est compensé par l'apparition d'autres inconvénients, essentiellement l'encombrement du filtre global ainsi réalisé et l'absence de localisation précise de ce filtre par rapport au mélangeur.
  • Le but de l'invention est de proposer un filtre hyperfréquence coupe-bande qui évite de tels compromis nécessairement peu satisfaisants et qui s'avère extrêmement compact tout en présentant une bande coupée assez large et en offrant un plan de court-circuit bien localisé par rapport au mélangeur pour optimiser le rendement de celui-ci.
  • L'invention concerne à cet effet un filtre coupe-bande pour ligne de transmission hyperfréquence à constantes réparties réalisé en structure planar et notamment suivant la technique du microruban, avec les caractéristiques selon la revendication 1.
  • Le filtre coupe-bande ainsi réalisé peut utiliser un espace extrêmement restreint de façon très efficace, et un choix judicieux des dimensions et de la position relative des deux éléments de filtrage permet d'obtenir à volonté la largeur de bande coupée souhaitée.
  • Un filtre de structure apparemment voisine est décrit dans l'article « Design of a stripline filter using high-Q triplate lines paru dans le périodique « Journal of the Asia Electronics Union », Volume 3, n° 3, 1970, pages 38 et 39, mais on constate immédiatement que le deuxième élément de filtrage prévu dans ce filtre, situé d'une part à l'extérieur du premier élément de filtrage ce qui donne au filtre des dimensions deux fois supérieures à celles du filtre selon l'invention, fonctionne en outre à l'intérieur de la bande de fréquence coupée par ce premier élément de filtrage et ne peut donc en aucune manière contribuer à élargir la bande coupée par ce premier élément de filtrage.
  • De plus le raccordement de ces deux éléments de filtrage en un même point, au point d'entrée du filtre, définit de façon unique et précise le plan de court-circuit des signaux dont on veut empêcher la transmission, ce qui rend l'action du filtre pratiquement indépendante de la fréquence dans la bande coupée. Pour élargir encore cette bande coupée, le filtre peut comprendre au moins un troisième élément de filtrage destiné à empêcher la transmission d'une troisième bande de fréquence centrée sur la fréquence double de la fréquence centrale de la première bande de fréquence et composé d'un filtre quart d'onde de longueur électrique λ1/8 placé en parallèle sur l'une des deux voies de transmission à une distance du point d'entrée du filtre coupe-bande égale à λ1/2.
  • D'autres particularités et avantages de l'invention seront mieux compris en se référant à la description qui suit et aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, quelques réalisations de l'invention et dans lesquels :
    • la figure 1 représente une première réalisation, à deux éléments de filtrage, du filtre coupe-bande selon l'invention ;
    • la figure 2 montre une deuxième réalisation, à trois éléments de filtrage, du filtre coupe-bande selon l'invention ; et
    • la figure 3 illustre l'application de l'invention à la polarisation d'un transistor hyperfréquence.
  • Le filtre coupe-bande représenté sur la figure 1 comporte un point d'entrée E, auquel se raccorde une partie amont Le de la ligne de transmission à laquelle est incorporé le filtre, et un point de sortie S, auquel se raccorde une partie aval Ls de cette ligne de transmission. Ce filtre coupe-bande est composé d'un premier élément de filtrage 10 et d'un deuxième élément de filtrage 20, destinés à empêcher la transmission respectivement d'une première bande de fréquence et d'une deuxième bande de fréquence adjacente à la première.
  • L'élément 20 est composé d'un filtre quart d'onde, de longueur électrique égale au quart de la longueur d'onde X2 associée à la fréquence centrale de la deuxième bande de fréquence, et placé au point d'entrée E du filtre coupe-bande. L'élément 10 est composé d'un ensemble de deux voies de transmission 21 et 22 en parallèle qui se séparent au point d'entrée E, dans le plan de court-circuit défini par la présence du deuxième élément de filtrage 20, entourent cet élément 20 puis se regroupent au point de sortie S. La première voie 21 suit dans l'exemple ici décrit un trajet en arc de cercle de longueur électrique λ1/4 (À1 étant la longueur d'onde associée à la fréquence centrale de la première bande de fréquence), tandis que la deuxième voie 22 suit un trajet en arc de cercle complémentaire, de longueur électrique 3 λ1/4. Au point S où se réunissent les voies 21 et 22, les signaux à la fréquence correspondant à la longueur d'onde À1 arrivent donc en opposition de phase et aucun signal à cette fréquence n'est transmis à la partie Ls de la ligne de transmission.
  • Le contour du filtre coupe-bande est, à l'évidence, extrêmement compact, puisque la forme circulaire adoptée pour l'élément 10 est d'un encombrement très restreint et que l'intérieur de ce premier élément est utilisé pour la mise en place du deuxième élément de filtrage. Par ailleurs, l'isolation assurée par le filtre coupe-bande selon l'invention est excellente, et limitée seulement par le couplage parasite (modes supérieurs) qui peut apparaître entre E et S (une atténuation de 60 dB peut par exemple être obtenue si l'on ne veut pas une bande passante supérieure à quelques pour cent). Cet exemple de réalisation de l'invention est une structure compacte avantageuse à double titre, d'une part pour son utilisation dans les applications où le faible encombrement des composants joue un rôle primordial, et d'autre part en ce qu'elle permet de mieux concentrer les champs électrique et magnétique et de rendre ainsi le filtre moins sensible aux effets de proximité.
  • Dans l'application qui avait été évoquée plus haut, la longueur d'onde X2 est par exemple celle qui est associée au signal hyperfréquence utile de fréquence fs reçu et destiné au mélangeur (par exemple une diode hyperfréquence), et la longueur d'onde λ1 celle qui est associée au signal de fréquence fOL fourni par l'oscillateur local et également envoyée vers le mélangeur. La partie aval Lg de la ligne de transmission ne reçoit que le signal de fréquence fFI fourni par le composant non linéaire que constitue le mélangeur ; les signaux de fréquence fs et fOL n'atteignent pas cette partie LS, grâce à l'action combinée des éléments de filtrage 10 et 20.
  • Un accroissement de la bande de fréquence coupée par le filtre selon l'invention peut être obtenu si ce filtre comprend, conformément à la figure 2, un troisième élément de filtrage 30, destiné à empêcher la transmission d'une troisième bande de fréquence centrée sur la fréquence double de la fréquence centrale de la première bande de fréquence. En effet, toujours dans le cas de l'application précédemment envisagée, le signal de fréquence fOL délivré par l'oscillateur local a une amplitude en général bien supérieure à celle du signal hyperfréquence reçu, de fréquence fs, et la présence de l'harmonique de rang 2 de ce signal de fréquence fOL correspond donc à une perte d'énergie notable. L'introduction du troisième élément de filtrage 30 permet d'empêcher la transmission de cette harmonique et d'éviter la détérioration du rendement qui résulte d'une telle transmission.
  • Ce troisième élément de filtrage 30 est un filtre quart d'onde placé en parallèle sur la deuxième voie de transmission 22, à une distance du point d'entrée E du filtre coupe-bande égale à λ1/2 et sa longueur est λ1/8 puisqu'on veut éliminer l'harmonique de rang 2 du signal filtré par le premier élément de filtrage 10.
  • Par rapport à la figure 2, où le troisième élément de filtrage 30 est raccordé à la voie de transmission 22 sur la partie intérieure de l'anneau, on pourrait proposer une variante de réalisation dans laquelle cet élément 30 serait dirigé vers l'extérieur de l'anneau, mais la disposition vers l'intérieur est la plus avantageuse puisqu'elle conserve au filtre coupe-bande selon l'invention son caractère extrêmement compact, malgré la présence d'un élément de filtrage supplémentaire.
  • Dans la description qui précède, on a mentionné l'application essentielle que constitue l'utilisation du filtre selon l'invention dans un récepteur hyperfréquence. La figure 3 montre une autre application possible de l'invention, à savoir l'incorporation du filtre coupe-bande dans le circuit de polarisation d'un transistor hyperfréquence. Le filtre coupe-bande selon l'invention est raccordé (perpendiculairement dans le cas présent), en son point d'entrée E, à un tronçon 40 de ligne de transmission, lui-même placé en parallèle sur une ligne de transmission 41 comprenant un transistor hyperfréquence 42 et un condensateur 45. La longueur du tronçon 40 est égale au quart de la longueur d'onde associée au signal hyperfréquence traversant la ligne de transmission 41. Le filtre est par ailleurs raccordé perpendiculairement, en son point de sortie S, à un circuit d'alimentation 43 du transistor 42. Cette disposition permet au circuit 43 d'assurer la polarisation du transistor 42 par transmission de sa tension de polarisation à travers le tronçon de ligne 44, le filtre coupe-bande (tel que celui de la figure 1 par exemple), le tronçon 40 et la ligne 41. Inversement le signal hyperfréquence qui parcourt la ligne 41 ne peut atteindre le circuit 43 en raison du barrage efficace constitué par le filtre coupe-bande. L'action de filtrage est encore plus efficace si l'on donne au tronçon 40 une impédance aussi élevée que possible.
  • En particulier, la disposition circulaire des deux voies de transmission du premier élément de filtrage a été reconnue comme la plus compacte possible, mais une disposition en carré ou en rectangle, par exemple, reste compacte et donc presque aussi avantageuse que celle décrite et représentée.

Claims (3)

1. Filtre coupe-bande pour ligne de transmission hyperfréquence à constantes réparties réalisée en structure planar et notamment suivant la technique du microruban, comprenant au moins un premier élément de filtrage (10) et un deuxième élément de filtrage (20), ledit premier élément étant destiné à empêcher la transmission d'une bande de fréquence à la fréquence centrale de laquelle est associée une longueur d'onde À1 et composé d'un ensemble de deux voies de transmission (21, 22) en parallèle se séparant au point d'entrée (E) du filtre coupe-bande et se regroupant au point de sortie (S) de ce filtre coupe-bande de façon que les longueurs électriques de ces deux voies soient respectivement égales au quart et aux trois quarts de la longueur d'onde λ1, et le deuxième élément de filtrage (20) étant composé d'un filtre quart d'onde de longueur électrique égale à λ2/4, raccordé au point d'entrée (E) du filtre coupe-bande et définissant en ce point un plan de court-circuit, la valeur de X2 différente de celle de λ1 étant celle de la longueur d'onde associée à la fréquence centrale d'une deuxième bande de fréquence qui constitue la bande coupée par le deuxième élément de filtrage, caractérisé en ce que le deuxième élément de filtrage (20) est placé à l'intérieur du premier élément de filtrage (10), et en ce que la deuxième bande de fréquence coupée par le deuxième élément de filtrage (20) est adjacente à la bande coupée par le premier élément de filtrage (10), de telle sorte que la différence entre les fréquences centrales est faible en comparaison avec lesdites fréquences centrales.
2. Filtre coupe-bande selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un troisième élément de filtrage (30) destiné à empêcher la transmission d'une troisième bande de fréquence centrée sur la fréquence double de la fréquence centrale de la première bande de fréquence et composé d'un filtre quart d'onde de longueur électrique λ1/8, placé en parallèle sur la voie de transmission (22) à une distance du point d'entrée (E) du filtre coupe-bande égale à À1/2.
3. Utilisation d'un filtre coupe-bande selon l'une quelconque des revendications précédentes dans un circuit de polarisation d'un transistor hyperfréquence (42), caractérisé en ce qu'au point d'entrée (E) du filtre est raccordé transversalement un tronçon (40) de ligne de transmission lui-même placé en parallèle sur une ligne de transmission (41) relié au transistor- hyperfréquence et en ce qu'au point de sortie (S) du filtre est raccordé transversalement un circuit d'alimentation (43) de ce transistor, la longueur électrique du tronçon (40) présent entre le point d'entrée (E) du filtre et la ligne de transmission (41) étant-égale au quart de la longueur d'onde associée à la fréquence du signal hyperfréquence traversant cette ligne de transmission.
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