EP0068919B1 - Microwave resonator of the variable capacitor type, comprising dielectric material - Google Patents
Microwave resonator of the variable capacitor type, comprising dielectric material Download PDFInfo
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Definitions
- the present invention relates to a microwave resonator of the variable dielectric capacitor type placed in a cavity having a longitudinal axis of symmetry AA, the resonator comprising a first and a second cylindrical part, of the same axis XX perpendicular to the axis AA, coupled respectively with two walls facing the cavity, the first part passing right through the wall to which it is coupled and comprising a plunger whose position relative to the second part is adjustable.
- Such resonators are known, the first and second parts of which are respectively associated with two walls opposite the cavity to form, for example, with this cavity and other identical resonators, an agile frequency filter, that is to say a filter intended to work in several frequency ranges, or channels and capable of passing quickly from one range or from one channel to another.
- French patent number 1 046 593 describes one of these resonators using its figure 5.
- a cavity and a resonator of the variable dielectric capacitor type comprising a first part consisting of a plunger which slides at through a hole drilled directly in a first wall of the cavity, and a second part consisting of a fixed frame disposed on a second wall opposite the first.
- the plunger comprises a metal rod which is in contact with the cavity in the crossing of the hole; this rod constitutes the movable element of the capacitor.
- the plunger also comprises, towards the end of the metal rod close to the fixed frame, a layer of dielectric material which constitutes the dielectric of the capacitor.
- the object of the present invention is to remedy these defects.
- a resonator of the type indicated at the beginning of this description the first part of which also includes a metal part pierced right through with a cylindrical hole of axis XX and located at a given distance from the second part, and the plunger of which is adjustable by displacement along the axis XX in the hole so that only one end portion of the plunger can come out of the hole in the direction of the second part, is characterized in that at least this end portion is entirely made of dielectric, allowing to modify only the capacitance of the capacitor without modifying the lines of the electric field in the space located between the two armatures of the capacitor.
- resonators having the appearance of the resonator according to the invention are also known, but are not dielectric resonators and, in these known resonators, the plunger is entirely metallic, so that the problem of contact is poses in the same way as with the known dielectric resonators described above.
- the figure is a partial view, in section, of an agile frequency filter which shows a resonator according to the invention.
- the figure represents a portion of a cavity, 1, made in a square guide, of axis of longitudinal symmetry AA.
- the section plane of the figure is a plane of longitudinal symmetry of the waveguide, parallel to two of the sides of the guide; this section makes it possible to see the internal face of a first side, 12, of the guide as well as the walls 10, 11 which constitute the two sides of the guide perpendicular to the first side 12.
- a helical spring 25 disposed between the head of the metal part 20 and the head of the rod 21, the role of which is to tend to bring the plunger out of the cavity when by pressure it is pressed towards the interior of the cavity to through hole 24.
- Part 3 consists of a cylinder of axis XX, fitted at one of its ends in the wall 11 and comprising at the other of its ends a cylindrical hole 30, also of axis XX and of diameter equal to the diameter of the hole 24 of the metal part 20.
- the rod 21 of the plunger is a metal rod which, like the metal part 20, the cylinder constituting the part 3 and the interior of the cavity, is made of metal. silvery, but the sliding of this rod 21 in the hole with a metal wall 24 poses practically no problem. In fact, this metal rod 21, at the maximum of the depression of the plunger, remains distant from the orifice of the hole 24 in the cavity; this hole 24 is too small for the waves which circulate in the cavity to propagate therein and for the rod 21 to be subjected to an electric field; there are therefore no surface currents at the level of the sliding contact between the plunger and the metallic part 20.
- the value of the capacity of the resonator according to the invention is not greatly modified by a slight lack of coaxiality between the plunger and the parts 20 and 3, unlike what occurs with all-metal plunger resonators.
- the invention is not limited to the example described and shown, this is how, for example, the cavity 1 can be produced in a rectangular or round guide and that the rod 22 can be of a diameter just less than that holes 24 and 30.
- the plunger 21, 22 can be made entirely of dielectric and the metal part 20 can be fixed.
- the fixed part, 3, of the resonator it may not have a hole such as 30, the adjustment of the plunger 21, 22 being effected by bringing the fixed part closer but without penetration.
Description
La présente invention se rapporte à un résonateur hyperfréquence du type condensateur variable à diélectrique placé dans une cavité présentant un axe de symétrie longitudinal AA, le résonateur comportant une première et une seconde partie cylindriques, de même axe XX perpendiculaire à l'axe AA, couplées respectivement à deux parois en regard de la cavité, la première partie traversant de part en part la paroi à laquelle elle est couplée et comportant un plongeur dont la position par rapport à la seconde partie est réglable.The present invention relates to a microwave resonator of the variable dielectric capacitor type placed in a cavity having a longitudinal axis of symmetry AA, the resonator comprising a first and a second cylindrical part, of the same axis XX perpendicular to the axis AA, coupled respectively with two walls facing the cavity, the first part passing right through the wall to which it is coupled and comprising a plunger whose position relative to the second part is adjustable.
De tels résonateurs sont connus dont la première et la seconde partie sont respectivement associées à deux parois en regard de la cavité pour former, par exemple, avec cette cavité et dautres résonateurs identiques, un filtre agile en fréquence c'est-à-dire un filtre destiné à travailler dans plusieurs gammes de fréquences, ou canaux et capable de passer rapidement d'une gamme ou d'un canal à l'autre.Such resonators are known, the first and second parts of which are respectively associated with two walls opposite the cavity to form, for example, with this cavity and other identical resonators, an agile frequency filter, that is to say a filter intended to work in several frequency ranges, or channels and capable of passing quickly from one range or from one channel to another.
Le brevet français numéro 1 046 593 décrit un de ces résonateurs à l'aide de sa figure 5. Sur cette figure sont représentés une cavité et un résonateur du type condensateur variable à diélectrique, comportant une première partie constituée d'un plongeur qui coulisse à travers un trou percé directement dans une première paroi de la cavité, et une seconde partie constituée d'une armature fixe disposée sur une deuxième paroi opposée à la première. Le plongeur comporte une tige métallique qui est en contact avec la cavité dans la traversée du trou; cette tige constitue l'élément mobile du condensateur. Le plongeur comporte également, vers l'extrémité de la tige métallique proche de l'armature fixe, une couche de matériau diélectrique qui constitue le diélectrique du condensateur.French patent number 1 046 593 describes one of these resonators using its figure 5. In this figure are represented a cavity and a resonator of the variable dielectric capacitor type, comprising a first part consisting of a plunger which slides at through a hole drilled directly in a first wall of the cavity, and a second part consisting of a fixed frame disposed on a second wall opposite the first. The plunger comprises a metal rod which is in contact with the cavity in the crossing of the hole; this rod constitutes the movable element of the capacitor. The plunger also comprises, towards the end of the metal rod close to the fixed frame, a layer of dielectric material which constitutes the dielectric of the capacitor.
Bien que cela ne soit pas mentionné dans le brevet susmentionné le contact glissant entre l'armature mobile et le trou de la paroi de la cavité pose des problèmes de réalisation; il doit en effet être de très bonne qualité afin de ne pas gêner le passage des courants de surface entre l'armature mobile et la cavité. Un tel contact est difficile à réaliser, et donc cher, surtout si le résonateur est soumis à des modifications de réglage fréquentes qui entraînent une usure du contact comme c'est le cas dans les filtres agiles en fréquence.Although this is not mentioned in the aforementioned patent, the sliding contact between the movable frame and the hole in the wall of the cavity poses production problems; it must indeed be of very good quality so as not to hinder the passage of surface currents between the movable armature and the cavity. Such contact is difficult to achieve, and therefore expensive, especially if the resonator is subjected to frequent adjustment modifications which cause contact wear as is the case in frequency agile filters.
La présente invention a pour but de remédier à ces défauts.The object of the present invention is to remedy these defects.
Ceci est obtenu en évitant que le contact glissant se fasse à des endroits où des courants sont présents.This is achieved by preventing sliding contact from occurring in places where currents are present.
Selon l'invention un résonateur du type indiqué au début de cette description, dont la première partie comporte également une pièce métallique percée de part en part d'un trou cylindrique d'axe XX et située à une distance donnée de la seconde partie, et dont le plongeur est réglable par déplacement selon l'axe XX dans le trou de manière qu'une portion terminale du plongeur, et elle seule, puisse ressortir du trou en direction de la seconde partie, est caractérisé en ce que au moins cette portion terminale est entièrement constituée de diélectrique, permettant de modifier uniquement la capacité du condensateur sans modifier les lignes du champ électrique dans l'espace situé entre les deux armatures du condensateur.According to the invention a resonator of the type indicated at the beginning of this description, the first part of which also includes a metal part pierced right through with a cylindrical hole of axis XX and located at a given distance from the second part, and the plunger of which is adjustable by displacement along the axis XX in the hole so that only one end portion of the plunger can come out of the hole in the direction of the second part, is characterized in that at least this end portion is entirely made of dielectric, allowing to modify only the capacitance of the capacitor without modifying the lines of the electric field in the space located between the two armatures of the capacitor.
Il est à noter que des résonateurs présentant l'aspect du résonateur selon l'invention sont également connus, mais ne sont pas des résonateurs à diélectrique et, dans ces résonateurs connus, le plongeur est entièrement métallique, si bien que le problème du contact se pose de la même façon qu'avec les résonateurs connus, à diélectrique, décrits plus avant.It should be noted that resonators having the appearance of the resonator according to the invention are also known, but are not dielectric resonators and, in these known resonators, the plunger is entirely metallic, so that the problem of contact is poses in the same way as with the known dielectric resonators described above.
La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et de la figure s'y rapportant qui montre un résonateur selon l'invention.The present invention will be better understood and other characteristics will appear from the following description and the related figure which shows a resonator according to the invention.
La figure est une vue partielle, en coupe, d'un filtre agile en fréquence qui montre un résonateur selon l'invention.The figure is a partial view, in section, of an agile frequency filter which shows a resonator according to the invention.
La figure représente une portion d'une cavité, 1, faite dans un guide carré, d'axe de symétrique longitudinal AA. Le plan de coupe de la figure est un plan de symétrie longitudinal du guide d'onde, parallèle à deux des côtés du guide; cette coupe permet de voir la face interne dun premier côté, 12, du guide ainsi que les parois 10, 11 qui constituent les deux côtés du guide perpendiculaires au premier côté 12.The figure represents a portion of a cavity, 1, made in a square guide, of axis of longitudinal symmetry AA. The section plane of the figure is a plane of longitudinal symmetry of the waveguide, parallel to two of the sides of the guide; this section makes it possible to see the internal face of a first side, 12, of the guide as well as the
Le résonateur comporte une première partie, 2, et une seconde partie, 3, cylindriques dont l'axe XX est contenu dans le plan de coupe et est perpendiculaire à l'axe longitudinal AA du guide. La partie 2 est fixée sur la paroi 10 et comporte:
- - une pièce métallique, 20, ayant sensiblement la forme d'une vis munie dune tête et qui est percée sur toute sa longueur d'un trou cylindrique, 24, d'axe XX; la
pièce 20 traverse de part en part laparoi 10 du guide à travers un trou fileté, - - un
21, 22 comportant: uneplongeur tige 21, munie d'une tête, et présentant un corps cylindrique de diamètre légèrement inférieur au diamètre dutrou 24 et un bâtonnet cylindrique de diélectrique, 22, d'axe XX; le bâtonnet 22 a un diamètre sensiblement égal à la moitié de celui dutrou 24 et est collé à l'extrémité de latige 21 opposée à la tête de cette tige; à cette même extrémité latige 21 est creusée d'untrou 23 d'axe XX, dans lequel s'enfonce légèrement le bâtonnet dediélectrique 22. Le 21, 22 est introduit dans leplongeur trou 24 par l'ouverture de ce trou extérieure à la cavité de manière que sa tête, de même d'ailleurs que la tête de la pièce métallique 20, soit à l'extérieur de la cavité.
- - A metal part, 20, having substantially the shape of a screw provided with a head and which is pierced over its entire length with a cylindrical hole, 24, of axis XX; the
part 20 passes right through thewall 10 of the guide through a threaded hole, - - A
21, 22 comprising: aplunger rod 21, provided with a head, and having a cylindrical body of diameter slightly less than the diameter of thehole 24 and a cylindrical dielectric rod, 22, of axis XX; therod 22 has a diameter substantially equal to half that of thehole 24 and is glued to the end of therod 21 opposite the head of this rod; at this same end, therod 21 is hollowed out with ahole 23 of axis XX, in which thedielectric stick 22 is slightly inserted. The 21, 22 is introduced into theplunger hole 24 by the opening of this external hole to the cavity so that its head, as well as the head of themetal part 20, is outside the cavity.
- un ressort hélicoïdal 25 disposé entre la tête de la pièce métallique 20 et la tête de la tige 21, dont le rôle est de tendre à ramener le plongeur hors de la cavité quand par pression il est enfoncé vers l'intiêrieur de la cavité à travers le trou 24.- a
La partie 3 est constituée d'un cylindre d'axe XX, emmanché à l'une de ses extrémités dans la paroi 11 et comportant à l'autre de ses extrémités un trou cylindrique 30, également d'axe XX et de diamètre égal au diamètre du trou 24 de la pièce métallique 20.Part 3 consists of a cylinder of axis XX, fitted at one of its ends in the
Tel qu'il est réalisé le résonateur selon la figure permet deux réglages:
- - un réglage par vissage ou dévissage de la pièce métallique 20 dont l'écartement, e, par rapport au cylindre 3, détermine la fréquence de fonctionnement la plus haute du résonateur,
- - un réglage par enfoncement du
21, 22 à l'intérieur de la cavité entre deux positions extrêmes: une position où le bâtonnet deplongeur diélectrique 22 est tout entier dans letrou 24 et une position où le bâtonnet pénètre, sur une longueur êgale environ au tiers de l'écartement e, dans letrou 30; ces deux positions extrêmes correspondent respectivement à la fréquence la plus haute et à la fréquence la plus basse de fonctionnement du résonateur compte tenu de la position de la pièce métallique 20.
- an adjustment by screwing or unscrewing the
metal part 20 whose spacing, e, relative to the cylinder 3, determines the highest operating frequency of the resonator, - - an adjustment by pressing the
21, 22 inside the cavity between two extreme positions: a position where theplunger dielectric stick 22 is entirely in thehole 24 and a position where the stick penetrates, over an equal length approximately a third of the distance e, in thehole 30; these two extreme positions correspond respectively to the highest frequency and to the lowest operating frequency of the resonator taking into account the position of themetal part 20.
Il est à noter que, dans le cas de l'exemple décrit, la tige 21 du plongeur est une tige métallique qui, comme la pièce métallique 20, le cylindre constituant la partie 3 et l'intérieur de la cavité, est réalisée en métal argenté, mais le glissement de cette tige 21 dans le trou à paroi métallique 24 ne pose pratiquement aucun problème. En effet cette tige métallique 21, au maximum de l'enfoncement du plongeur, reste éloignée de l'orifice du trou 24 dans la cavité; or ce trou 24 est de dimensions trop faibles pour que les ondes qui circulent dans la cavité puissent s'y propager et que la tige 21 soit soumise à un champ électrique; il n'y a donc pas de courants de surface au niveau du contact glissant entre le plongeur et la pièce métallique 20. Par contre, dans le cas où le bâtonnet 22 au lieu d'être en diélectrique aurait été métallique, ce bâtonnet, jouant le rôle d'antenne, aurait amené la formation de courants de surface au niveau du contact glissant, avec les inconvénients que cela représente et qui ont été indiqués plus avant. Le bâtonnet de diélectrique, 22, permet de modifier unipuement le capacité du condensateur sens modifier les lignes du champ électrique dans l'espace situé entre les deux armatures de condensateur constituées par la pièce métallique 20 et le cylindre métallique 3.It should be noted that, in the case of the example described, the
Il est à noter de plus que la valeur de la capacité du résonateur selon l'invention n'est pas très modifiée par un léger défaut de coaxialité entre le plongeur et les pièces 20 et 3, à l'inverse de ce qui se produit avec les résonateurs à plongeur entièrement métallique.It should also be noted that the value of the capacity of the resonator according to the invention is not greatly modified by a slight lack of coaxiality between the plunger and the
La description ci-avant se référe à un filtre réalisé dans un guide d'onde d'une section carrée de 30 mm de côté. Le résonateur 2, 3 de ce filtre présente les dimensions et caractéristiques suivantes:
- - diamètre extérieur du cylindre 3 et de la partie en regard de la pièce 20: 5 mm
- - diamètre des
trous 24 et 30: 3,5 mm - - profondeur du trou 30: 10 mm
- - possibilité de réglage de l'écartement e: entre 2,5 et 4 mm
- - fréquence la plus haute d'utilisation comprise entre 1,8 GHz et 3 GHz (fonction de la position de la pièce métallique 20)
- - bande couverte par le résonateur pour une position de réglage de la
pièce 20, grâce au déplacement duplongeur 21, 22: 500 MHz (pour une permittivité de diélectrique égale à 20).
- - outside diameter of cylinder 3 and of the part opposite the part 20: 5 mm
- - diameter of
holes 24 and 30: 3.5 mm - - depth of hole 30: 10 mm
- - possibility of adjusting the distance e: between 2.5 and 4 mm
- - highest frequency of use between 1.8 GHz and 3 GHz (depending on the position of the metal part 20)
- - band covered by the resonator for a setting position of the
part 20, thanks to the displacement of theplunger 21, 22: 500 MHz (for a dielectric permittivity equal to 20).
L'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit et représenté c'est ainsi que, par exemple, la cavité 1 peut être réalisée en guide rectangulaire ou rond et que le bâtonnet 22 peut être d'un diamètre juste inférieur à celui des trous 24 et 30. De même le plongeur 21, 22 peut être entièrement réalisé en diélectrique et la pièce métallique 20 peut être fixe. Quant à la partie fixe, 3, du résonateur elle peut ne pas comporter de trou tel que 30, le réglage du plongeur 21, 22 se faisant par rapprochement de la partie fixe mais sans pénétration. Il est aussi possible de remplacer, pour le plongeur le système de réglage à effet de pression et ressort de rappel par un système du type vis-écrou où la vis est constituée par le plongeur et l'écrou par la pièce métallique 20 dont le trou 24 est taraudé à son extrémité supérieure.The invention is not limited to the example described and shown, this is how, for example, the cavity 1 can be produced in a rectangular or round guide and that the
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