EP0072729B1 - Filtre coupe-bande à structure coaxiale - Google Patents

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EP0072729B1
EP0072729B1 EP82401444A EP82401444A EP0072729B1 EP 0072729 B1 EP0072729 B1 EP 0072729B1 EP 82401444 A EP82401444 A EP 82401444A EP 82401444 A EP82401444 A EP 82401444A EP 0072729 B1 EP0072729 B1 EP 0072729B1
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resonators
filter
coaxial
coaxial waveguide
guide
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Jacques Delaballe
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Alcatel Thomson Faisceaux Hertziens SA
Original Assignee
Alcatel Thomson Faisceaux Hertziens SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/201—Filters for transverse electromagnetic waves
    • H01P1/202—Coaxial filters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P7/00—Resonators of the waveguide type
    • H01P7/10—Dielectric resonators

Definitions

  • the present invention relates to a microwave filter comprising a coaxial waveguide closed at its two ends and n dielectric resorators arranged in the coaxial waveguide.
  • the resonators are each arranged on one side of the internal conductor of the waveguide, generally the same side for all the resonators, and are made integral with the internal wall of the external conductor, for example by a support. fixed to this wall or by a screw for adjusting the position of the resonator, a screw which passes through the external conductor of the coaxial waveguide.
  • Known notch filters have the drawback of not cutting a wide frequency band.
  • the object of the present invention is to remedy this defect by proposing notch filters with a bandwidth clearly greater than the bandwidth of known filters.
  • the invention proposes a microwave filter comprising a coaxial waveguide ' closed at its two ends and n dielectric resonators (n positive integer) arranged in the coaxial guide, the resonators being of homogeneous structure and being drilled through in part, a hole through which the internal conductor of the coaxial guide passes, characterized in that, the filter being a notch filter, a mode TM 011 ensures the coupling between the guide and the resonators, that, for n > 1, the distance between two successive resonators is of the order of 3/4 A where ⁇ is the wavelength corresponding to the average frequency of the band cut by the filter, and in that the filter comprises means d 'isolation, to electrically isolate the resonators of the internal and external conductors of the coaxial waveguide, which are spacers of dielectric material with low permittivity, interposed between each resonator and one of these two conductors of the coaxial waveguide.
  • this filter is very different from the filter according to the invention; indeed it is a bandpass filter and, if the resonators are well crossed by the internal conductor of a coaxial guide, on the other hand their structure is heterogeneous and they are in electrical contact with the two conductors of the coaxial guide ; moreover, while in the present invention the resonators are practically only coupled to the coaxial guide in which they behave like plug circuits to bring about a notch function, in the text IEEE the resonators are capacitively coupled, achieving a series connection which provides a bandpass function.
  • the filter according to FIG. 1 is produced from a coaxial waveguide 1, of longitudinal axis YY, the internal conductor 10 of which is connected, at its two ends, respectively to the internal conductors, 60, 70, of two coaxial sockets 6 and 7.
  • the external conductor 11 of the coaxial guide has, at its ends, the section of its internal wall which is decreasing; thus two adaptation sections are formed, 12, 13, to adapt the impedance of the guide to that of the coaxial conductors to which it is intended to be connected by its sockets 6 and 7.
  • This external conductor 11 is in fact made up of two parts symmetrical with respect to the plane of Figure 1; one, 110 of these two parts appears in Figure 1 while the other has, as indicated above, been removed to show the interior of the filter.
  • Two plates, 4, 5, seen in section along a plane which is the plane of FIG. 1, are respectively pierced with two holes 40, 60 through which the internal conductors of the sockets 6, 7 pass; these two plates are screwed at the end of the guide.
  • the sockets 6 and 7, they are themselves respectively screwed into the plates 4, 5, thus forming, with these plates and the external conductor 11 of the guide 1, a closed housing whose internal surfaces are silver.
  • Two dielectric resonators 2, 3 of homogeneous structure, made of zirconium titanate with permittivity 36 provide a band-cutting function in the coaxial guide 1.
  • These resonators are in the form of hollow cylinders with an external diameter substantially equal to three times the diameter of their inner hole and double their thickness.
  • These resonators are arranged so that their longitudinal axis coincides with the longitudinal axis YY of the coaxial waveguide 1. that is to say so that the internal conductor of the waveguide passes through the hole resonators.
  • Two spacers 20, 30, made of organic glass of permittivity 2, in the form of a cylindrical sleeve, are interposed between the internal conductor 10 of the guide 1 and, respectively, the resonators 2 and 3.
  • the resonators 2 and 3 are not in contact with the external conductor 11 of the coaxial guide 1 and a material of low permittivity (spacers 20 and 30) is interposed between each of them and the conductor internal 10 of the guide; this arrangement is intended to minimize losses by Joule effect in the filter, it being understood that it is possible to produce filters according to the invention where the resonators are in contact with one or the other or both conductors of the guide coaxial.
  • FIG. 2 have also been shown, in dashed lines with an arrow, the lines of the magnetic field, H, which correspond to the propagation according to the mode TM o11 in the coaxial guide and which ensure the coupling between the guide and the resonators when they are at their resonant frequency.
  • the distance between the resonators is of the order of 3/4 A where is the wavelength corresponding to the frequency average of the band cut by the filter with coaxial structure.
  • the filter which has been described with the aid of FIGS. 1 and 2 has an overall length of approximately 15.5 cm.
  • This filter makes it possible to obtain a loss of 56 decibels in a 400 MHz band centered on a frequency of 3 850 MHz.
  • the bandwidth of the notch filter according to FIGS. 1 and 2 can be modified by changing the coupling between the resonators and the coaxial waveguide; this change can be obtained by modifying the diameter of the internal hole of the resonators: the closer this diameter is to that of the internal conductor of the coaxial waveguide, the greater the width of the cut strip.
  • the filter may have only one resonator or may have three or more; in the latter case two consecutive resonators will be approximately 3/4 X apart, ⁇ being, as indicated above, the wavelength, in free space, corresponding to the average frequency of the band cut by the filter.
  • the spacers 20, 30 interposed between the resonators 2, 3 and the internal conductor 10 can, for example, be replaced by spacers arranged between the resonators and the external conductor 11 of the coaxial guide.

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Description

  • La présente invention se rapporte à un filtre hyperfréquence comportant un guide d'ondes coaxial fermé à ses deux extrémités et n résoria- tèurs diélectriques disposés dans le guide d'onde coaxial.
  • De tels filtres sont connus dans le domaine des hyperfréquences. Dans ces filtres connus les résonateurs sont, chacun, disposés d'un côté du conducteur interne du guide d'onde, généralement le même côté pour tous les résonateurs, et sont rendus solidaires de la paroi interne du conducteur externe, par exemple par un support fixé à cette paroi ou par une vis de réglage de la position du résonateur, vis qui traverse le conducteur externe du guide d'ondes coaxial.
  • Les filtres coupe-bande connus présentent l'inconvénient de ne pas couper une large bande de fréquences.
  • La présente invention a pour but de remédier à ce défaut en proposant des filtres coupe-bande d'une largeur de bande nettement supérieure à la largeur de bande des filtres connus.
  • Ceci est obtenu par un filtre dans lequel la disposition des résonateurs permet un couplage efficace au guide d'onde coaxial par l'intermédiaire du mode dipolaire électrique TMo11.
  • L'invention propose à cet effet un filtre hyperfréquence comportant un guide d'ondes coaxial ' fermé à ses deux extrémités et n résonateurs diélectriques (n entier positif) disposés dans le guide coaxiat, les résonateurs étant de structure homogène et étant percés, de part en part, d'un trou à travers lequel passe le conducteur interne du guide coaxial, caractérisé en ce que, le filtre étant un filtre coupe-bande, un mode TM011 assure le couplage entre le guide et les résonateurs, que, pour n > 1, la distance entre deux résonateurs successifs est de l'ordre de 3/4 À où \ est la longueur d'onde correspondant à la fréquence moyenne de la bande coupée par le filtre, et en ce que le filtre comporte des moyens d'isolement, pour isoler électriquement les résonateurs des conducteurs interne et externe du guide d'ondes coaxial, qui sont des entretoises en matériau diélectrique à faible permittivité, intercalées entre chaque résonateur et l'un de ces deux conducteurs du guide d'ondes coaxial.
  • Il est à noter qu'il est également connu, par un article paru dans IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, 27-29 juin 1978, Ottawa, IEEE, 1978, Piscataway pages 230-232, un filtre à résonateurs diélectriques traversés par le conducteur interne d'un guide coaxial. Mais ce filtre est très différent du filtre selon l'invention ; en effet il s'agit d'un filtre passe-bande et, si les résonateurs sont bien traversés par le conducteur interne d'un guide coaxial, par contre leur structure est hétérogène et ils sont en contact électrique avec les deux conducteurs du guide coaxial ; de plus, alors que dans la présente invention les résonateurs sont pratiquement uniquement couplés au guide coaxial dans lequel ils se comportent comme des circuits bouchon pour amener une fonction coupe-bande, dans le texte IEEE les résonateurs sont couplés entre eux capacitive- ment, réalisant un montage en série qui amène une fonction passe-bande.
  • Un article paru dans « Conference Proceeding 7th European Microwave Conference", 5-8 Septembre 1977 (Pospieszalski) décrit un élément diélectrique cylindrique de faibles pertes placé entre deux plaques conductrices, parallèles entre elles et perpendiculaires à l'axe de cet élément, pour former un résonateur micro-ondes. Il décrit en outre une méthode pour prévoir, de manière approximative, les fréquences de résonance des modes TE de la structure ainsi considérée.
  • La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent :
    • la figure 1 une vue.d'un filtre selon l'invention, dont certaines parties ont été retirées pour montrer l'intérieur,
    • la figure 2 une vue en coupe du filtre de la figure 1.
    • La figure 1 montre un filtre à structure coaxiale dont une partie du boîtier a été retirée et l'autre coupée pour permettre de voir les éléments internes.
  • Le filtre selon la figure 1 est réalisé à partir d'un guide d'ondes coaxial 1, d'axe longitudinal YY, dont le conducteur interne 10 est raccordé, à ses deux extrémités, respectivement aux conducteurs internes, 60, 70, de deux prises coaxiales 6 et 7. Le conducteur externe 11 du guide coaxial a, à ses extrémités, la section de sa paroi interne qui va en diminuant ; ainsi sont constitués deux tronçons d'adaptation, 12, 13, pour adapter l'impédance du guide à celle des conducteurs coaxiaux auquel il est prévu d'être branché par ses prises 6 et 7. Ce conducteur externe 11 est en fait constitué de deux parties symétriques par rapport au plan de la figure 1 ; l'une, 110 de ces deux parties apparaît sur la figure 1 tandis que l'autre a, comme indiqué plus avant, été retirée pour montrer l'intérieur du filtre.
  • Deux plaques, 4, 5, vues en coupe selon un plan qui est le plan de la figure 1, sont percées respectivement de deux trous 40, 60 à travers lesquels passent les conducteurs internes des prises 6, 7; ces deux plaques sont vissées en bout du guide. Quant aux prises 6 et 7 elles sont, elles-mêmes, vissées respectivement dans les plaques 4, 5, formant ainsi, avec ces plaques et le conducteur externe 11 du guide 1, un boîtier fermé dont les surfaces internes sont argentées.
  • Deux résonateurs diélectriques 2, 3 de structure homogène, en titanate de zirconium de permittivité 36 amènent une fonction de coupe-bande dans le guide coaxial 1. Ces résonateurs se présentent sous la forme de cylindres creux de diamètre extérieur sensiblement égal au triple du diamètre de leur trou intérieur et au double de leur épaisseur. Ces résonateurs sont disposés de telle sorte que leur axe longitudinal soit confondu avec 'l'axe longitudinal YY du guide d'ondes coaxial 1. c'est-à-dire de telle sorte que le conducteur interne du guide d'ondes traverse le trou des résonateurs. Deux entretoises, 20. 30, en verre organique de permittivité 2, en forme de manchon cylindrique, sont intercalées entre le conducteur interne 10 du guide 1 et, respectivement, les résonateurs 2 et 3.
  • La figure 2 est une vue en coupe réalisée selon un plan de coupe perpendiculaire en XX au plan de la figure 1 ; ce plan de coupe est perpendiculaire à l'axe longitudinal YY du guide d'ondes coaxial 1 et passe par le résonateur 2. La figure 2 montre quatre éléments concentriques :
    • au centre le conducteur interne 10 du guide coaxial,
    • l'entretoise 20 de diamètre interne sensiblement égal au diamètre du conducteur interne 10,
    • le résonateur 2 dont le diamètre du trou est sensiblement égal au diamètre extérieur de l'entretoise,
    • et le conducteur externe 11 du guide coaxial 1 avec ses deux parties, 110 et 111 ; ce conducteur externe présente, du moins en dehors des tronçons d'adaptation 12 et 13 (voir figure 1) un diamètre intérieur nettement supérieur au diamètre extérieur du résonateur 2 et donc également du résonateur 3 (voir figure 1).
  • Tels qu'ils ont été décrits et représentés les résonateurs 2 et 3 ne sont pas en contact avec le conducteur externe 11 du guide coaxial 1 et un matériau de faible permittivité (entretoises 20 et 30) est interposé entre chacun d'eux et le conducteur interne 10 du guide ; cette disposition est destinée à minimiser les pertes par effet Joule dans le filtre, étant entendu qu'il est possible de réaliser des filtres selon l'invention où les résonateurs seraient en contact avec l'un ou l'autre ou les deux conducteurs du guide coaxial.
  • Sur la figure 2 ont également été représentées, en traits interrompus avec une flèche, les lignes du champ magnétique, H, qui correspondent à la propagation selon le mode TMo11 dans le guide coaxial et qui assurent le couplage entre le guide et les résonateurs quand ils sont à leur fréquence de résonance.
  • Dans le filtre qui vient d'être décrit, comme d'ailleurs dans le cas des filtres coupe-bande classiques, la distance entre les résonateurs est de l'ordre de 3/4 À où est la longueur d'onde correspondant à la fréquence moyenne de la bande coupée par le filtre à structure coaxial.
  • A titre indicatif le filtre qui a été décrit à l'aide des figures 1 et 2 a une longueur hors-tout d'environ 15,5 cm. Ce filtre, tel qu'il a été conçu, permet d'obtenir un affaiblissement de 56 décibels dans une bande de 400 MHz centrée sur une fréquence de 3 850 MHz.
  • Il est à noter que la largeur de bande du filtre coupe-bande selon les figures 1 et 2 peut être modifiée en changeant le couplage entre les résonateurs et le guide d'onde coaxial ; ce changement peut être obtenu par une modification du diamètre du trou intérieur des résonateurs : plus ce diamètre est proche de celui du conducteur interne du guide d'ondes coaxial et plus la largeur de la bande coupée est importante.
  • La présente invention n'est pas limitée à l'exemple décrit ou aux variantes suggérées ci-avant. C'est ainsi que le filtre peut ne comporter qu'un seul résonateur ou peut en comporter trois et même plus ; dans ce dernier cas deux résonateurs consécutifs seront distants d'environ 3/4 X, À étant, comme indiqué plus avant, la longueur d'onde, dans l'espace libre, correspondant à la fréquence moyenne de la bande coupée par le filtre. De même les entretoises 20, 30 intercalées entre les résonateurs 2, 3 et le conducteur interne 10 (voir figures 1 et 2) peuvent, par exemple, être remplacées par des entretoises disposées entre les résonateurs et le conducteur externe 11 du guide coaxial.

Claims (2)

1. Filtre hyperfréquence comportant un guide d'ondes coaxial (1) fermé à ses deux extrémités et n résonateurs diélectriques (2, 3) avec n entier et positif disposés dans le guide coaxial, les résonateurs (2, 3) étant de structure homogène et étant percés, de part en part, d'un trou à travers lequel passe le conducteur interne (10) du guide coaxial, caractérisé en ce que, le filtre étant un filtre coupe-bande, un mode TMo11 assure le couplage entre le guide et les résonateurs, que, pour n > 1, la distance entre deux résonateurs successifs est de l'ordre de 3/4 À où est la longueur d'onde correspondant à la fréquence moyenne de la bande coupée par le filtre, et en ce que le filtre comporte des moyens d'isolement (20, 30), pour isoler électriquement les résonateurs des conducteurs interne (10) et externe (11) du guide d'ondes coaxial, qui sont des entretoises en matériau diélectrique à faible permittivité, intercalées entre chaque résonateur (2, 3) et l'un de ces deux conducteurs (10, 11) du guide d'ondes coaxial (1).
2. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que, le conducteur interne du guide coaxial étant un cylindre de diamètre d et les résonateurs des résonateurs tubulaires de diamètre interne D (avec D > d), une entretoise tubulaire en diélectrique de faible permittivité sépare chaque résonateur du conducteur interne du guide coaxial, cette entretoise ayant des diamètres intérieur et extérieur sensiblement égaux respectivement à d et D.
EP82401444A 1981-08-14 1982-07-30 Filtre coupe-bande à structure coaxiale Expired EP0072729B1 (fr)

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EP0072729A1 EP0072729A1 (fr) 1983-02-23
EP0072729B1 true EP0072729B1 (fr) 1987-12-02

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