EP0101369B1 - Filtre passe-bande à résonateurs diélectriques, présentant un couplage négatif entre résonateurs - Google Patents
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- EP0101369B1 EP0101369B1 EP83401602A EP83401602A EP0101369B1 EP 0101369 B1 EP0101369 B1 EP 0101369B1 EP 83401602 A EP83401602 A EP 83401602A EP 83401602 A EP83401602 A EP 83401602A EP 0101369 B1 EP0101369 B1 EP 0101369B1
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- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P1/00—Auxiliary devices
- H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
- H01P1/219—Evanescent mode filters
Definitions
- the present invention relates to filters with dielectric resonators in which at least one negative coupling is produced between two resonators; these filters have amplitude frequency curves which make them call, depending on the case, elliptical or pseudo-elliptical filters or flat bandpass filters.
- Such filters are known; an article entitled "Generalized dielectric resonator filters” (see Comsat technical review, volume 11, number 4 of 1981-pages 321-343) describes filters comprising cavities, the bottom of which is covered with a guide 'ribbon waves (stripline in Anglo-Saxon literature), common to the cavities and, in each of these cavities, a dielectric resonator isolated from the ribbon waveguide by a dielectric support; the walls common to two cavities do not descend to the waveguide with ribbons so as not to create short circuits.
- the coupling between resonators is obtained by means of the ribbon guide which for this includes quarter wave lines and three quarter wave lines whose ends are arranged under the resonators to be coupled.
- the no-load overvoltage coefficient of these filters does not exceed, for example, 3,500 to 4.7 GHz due, in particular, to the TE 011 resonance mode used for the resonators.
- US-A-2,749,523 describes a filter with n resonators in which a negative coupling is produced between at least two resonators. It relates, in particular, to filters with at least three juxtaposed cavities, connected in series by irises; the irises of entry and exit of the same cavity can be either on two opposite walls or on two perpendicular walls, the series of the cavities being made either by alignment of the cavities or by a vertical and horizontal stacking of the cavities.
- the coupling lines terminated by probes ensure couplings between cavities of even rank, or of odd rank in series connection.
- the object of the invention is to provide a filter with dielectric resonators in which a negative coupling is made between two non-adjacent resonators using a conductive rod and which has a high overvoltage coefficient. This object is achieved, according to the invention, by the filter as defined in claim 1.
- FIG. 1 shows a filter according to the invention with the cover removed.
- This filter is a bandpass filter with dielectric resonators, of which the 6 resonators, Rl-R6, are arranged in series in a rectangular waveguide folded into a U which forms the housing, 1, of the filter.
- the accesses A1, A2 of this filter consist of two sockets with antennas, disposed respectively at the two ends of the filter.
- the dimensions of the cross section of the guide are taken from the order 2 to 2.5 times larger than the transverse dimensions of the resonators, in this case it is about 2.2.
- the access antennas A1, A2 are directed in the direction of propagation in the guide.
- a negative coupling between two non-adjacent resonators (R1 and R5) a coupling by conducting rod, 20, is carried out through the common wall, 2, which separates the two folded parts constituting the U-shaped guide.
- a coupling by conducting rod 20 is carried out through the common wall, 2, which separates the two folded parts constituting the U-shaped guide.
- Three examples of embodiment of the coupling by rod 20 will be given with the aid of FIGS. 3 to 5.
- the filter housing according to FIG. 1 is assembled by means of screws which pass through the not shown cover of the filter to be screwed into six tapped holes, such as 10, drilled in the filter housing.
- FIG. 2 is a diagram showing the distribution of the electromagnetic field around a resonator R for a resonance mode of the TM011 type; the lines of the electric field, e have been shown in thin broken lines and the lines of the magnetic field, have been shown in thin solid lines.
- the resonance mode TM011 which has been chosen for the resonators of FIG. 1 makes it possible to obtain, with the filter according to this FIG. 1, a coefficient of the high overvoltage, greater than 4000.
- Figure 3 is a sectional view, along the axis XX shown in Figure 1, of the filter according to Figure 1.
- the resonators R2 and R5 as elsewhere the other resonators of the filter, are bonded to a support (S2 for R2 and S5 for R5) and this support is itself glued to the bottom of the waveguide.
- the supports of the resonators, such as S2 and S5, are made of a dielectric material of dielectric constant equal to 2.5 while the dielectric constant of the dielectric resonators such as R2 and R5 is equal to 36.
- the coupling by rod is carried out by a rod 20 which ends in two antennas Ga, G'a arranged perpendicular to the wall 2 and halfway up this wall.
- the two antennas G and G'a as they are placed in the vicinity of the resonators R2 and R5 produce a negative coupling, by the lines of the electric field, between these two resonators, that is to say that they reduce part of the energy of the resonator R2 in phase opposition in the vicinity of the resonator R5 or vice versa.
- This negative coupling makes it possible to bring back attenuation peaks on either side of the passband of the filter in order to make the flanks of the amplitude-frequency response curve of the filter considered stiffer.
- FIG. 4 corresponds to a magnetic-magnetic coupling between the resonators R2 and R5; for this purpose the antennas Ga and G'a of FIG. 3 are replaced by two loops Gb, G'b produced by means of the rod 20 which is folded in the vicinity of its ends, so as to form two loops in a vertical plane and to come into contact, with its ends, on the wall 2.
- the conductive rod 20 is in electrical contact with the wall 2 only at its ends, indeed both in the case of the example of Figure 3 than in that of Figure 4 and in that of Figure 5 which will be described later, the rod 20, when it passes through the wall 2, is electrically isolated.
- FIG. 5 is an exemplary embodiment of the coupling by rod, 20, of FIG. 1 in which the coupling with the resonator R2 is an electrical coupling produced by means of a Ga antenna similar to that of FIG. 3 while the coupling with the resonator R5 is a magnetic coupling produced by means of a loop G'b similar to the loop G'b of FIG. 4.
- the filter of FIG. 1 is a 6-pole filter constituted by the 6 resonators R1 to R6, the filter which will now be described with the aid of FIGS. 6 to 9, is a four-pole filter, designed on the same model as the filter according to figure 1.
- FIGs 6, 7 and 8 respectively show the filter housing, cover removed, the filter cover and a section of the filter with its cover; the cut is made according to the plane, the trace of which in FIG. 6 is denoted YY, and only the case 1 with its cover 3 is shown cut.
- This four-pole filter is constituted by a rectangular waveguide folded in a U with in series in this waveguide four resonators R1 to R4 and at the ends of the guide two accesses A1, A2 each constituted by a socket taken on the side of the guide by a coupling antenna.
- Figure 1 shows the threaded holes such as 11 which allow the fixing of the cover 3 on the housing 1 of the filter.
- the filter according to FIGS. 6 to 8 is produced so as to make the resonators resonate according to the TM011 mode and to propagate in the guide a TM mode whose cutoff frequency is higher to that of the TM011 mode of the resonators.
- This way of operating the filter makes it possible to obtain a very high no-load overvoltage coefficient; it requires, as has been seen previously, various conditions: the waveguide must operate below its cutoff frequency; the access antennas of the guide must be arranged in the direction of wave propagation in the guide, the resonators must be arranged in series in the guide and the resonators must have transverse dimensions of the order of 2 to 2.5 times greater smaller than the transverse dimensions of the waveguide considered.
- FIGS 7 and 8 show that, in addition to holes such as 10 for the passage of fixing screws of the cover 3 in the threaded holes 11 of the housing 1, the cover 3 has four other holes in which are fixed adjustment elements of the resonance of the resonators, E1 to E4, and five tapped holes through which pass tuning screws V1 to V5.
- the adjustment elements E1 to E4 are intended for adjusting the frequency of the resonators, they are arranged just above the resonators and are constituted by a dielectric disc which a screw also in dielectric allows by screwing in the cover 3 of approach or move away at will from the resonator above which the adjustment element is located.
- the tuning screws V1 to V5 are metal screws intended to make it possible to modify the couplings between, respectively, the antenna of the access A1 and the resonator R1, the resonators R1 and R2, the resonators R2 and R3, the resonators R3 and R4 and the resonator R4 and the antenna of access A2.
- the filter shown in FIGS. 6 to 8 is a filter in which the dielectric resonators have a dielectric constant equal to 36.
- This filter the dimensions of the housing of which are 71, 70 ⁇ 62 ⁇ 30 mm, was designed to operate in a bandwidth whose center frequency is 6,720 MHz; the amplitude-frequency response curve of this filter is given in FIG. 9.
- Two curves are shown in FIG. 9: a curve C1 indicated in broken lines which represents the response of the filter without coupling by the rod 20 and a curve C2 indicated in solid line which represents the response of the filter when the coupling by rod between the resonators R1 and R4 is introduced. As it appears in FIG.
- the sides of the response curve of the filter have become much stiffer thanks to the negative coupling effect introduced by the rod 20; it should also be noted that the passband of the filter with the rod coupling is narrower than that without the coupling, this is due to the fact that the position of the resonators R1 to R4 of FIG. 6 a was studied without coupling 20 and was not subsequently modified when the rod 20 was introduced. It is possible to give the bandwidth (with the rod 20) a width substantially equivalent to that obtained initially (without the rod 20); for this it is necessary to redefine the position of the resonators in the guide and, subsequently, the position of the adjustment elements (E1 to E4) and the tuning screws (V1 to V5).
- the invention is not limited to the examples described, this is how, for example, the number of resonators can be greater than six and can be equal to an odd number, for example five or seven, and that then the guide folded into a U is preferably folded so that a resonator is located substantially in the extension of the common wall, that is to say in the horizontal bar of the U. It is also possible to provide, for example in the case of FIG. 1, two couplings per rod: a first coupling as indicated in FIG. 1 which couples the resonators R2 'and R5 and a second coupling which couples the resonators R1 and R6.
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- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Description
- La présente invention se rapporte aux filtres à résonateurs diélectriques dans lesquels au moins un couplage négatif est réalisé entre deux résonateurs; ces filtres ont des courbes amplitude fréquence qui les font appeler, selon les cas, filtres elliptiques ou pseudo-elliptiques ou filtres passe-bande méplats.
- De tels filtres sont connus; c'est ainsi qu'un article intitulé "Generalized dielectric resonator filters" (voir Comsat technical review, volume 11, numéro 4 de 1981-pages 321-343) décrit des filtres comportant des cavités dont le fond est recouvert d'un guide d'ondes à rubans (stripline dans la littérature anglo-saxonne), commun aux cavités et, dans chacune de ces cavités, un résonateur diélectrique isolé du guide d'ondes à rubans par un support diélectrique; les parois communes à deux cavités ne descendent pas jusqu'au guide d'ondes à rubans pour ne pas créer des cours-circuits. Dans ces filtres, le couplage entre résonateurs est obtenu grâce au guide à rubans qui comporte pour cela des lignes quart d'onde et des lignes trois quarts d'onde dont les extrémités sont disposées sous les résonateurs à coupler. Le coefficient de surtension à vide de ces filtres ne dépasse pas, par exemple, 3,500 à 4,7 GHz en raison, en particulier, du mode de résonance TE 011 utilisé pour les résonateurs.
- En outre, le brevet US-A-2 749 523 décrit un filtre à n résonateurs dans lequel un couplage négatif est réalise entre au moins deux résonateurs. Il concerne, en particulier, des filtres à au moins trois cavités juxtaposées, reliées en série par des iris; les iris d'entrée et de sortie d'une même cavité pouvant être soit sur deux parois opposées soit sur deux parois perpendiculaires, la mise en série des cavités se faisant soit par alignement des cavités soit par un empilement vertical et horizontal des cavités. Les lignes de couplage terminées par des sondes assurent des couplages entre cavités de rang pair, ou de rang impair dans le montage en série.
- Le but de l'invention est de proposer un filtre à résonateurs diélectriques dans lequel est réalisé, à l'aide d'une tige conductrice, un couplage négatif entre deux résonateurs non adjacents, et qui présente un coefficient de surtension élevé. Ce but est atteint, selon l'invention, par le filtre tel que défini dans la revendication 1.
- La présente invention sera décrite ci-après plus en détail à l'aide des figures annexés qui représentent:
- -la figure 1, un filtre selon l'invention, capôt enlevé,
- -la figure 2, un schéma montrant un résonateur diélectrique,
- -les figures 3, 4 et 5 des vues en coupe relatives au filtre selon la figure 1,
- -les figures 6 à 8 différentes vues d'un second filtre selon l'invention,
- -la figure 9 des résultats graphiques relatifs au filtre selon la figure 6.
- Sur les différentes figures les éléments correspondants sont désignés par les mêmes repères.
- La figure 1 montre un filtre selon l'invention couvercle enlevé. Ce filtre est un filtre passe-bande à résonateurs diélectriques, dont les 6 résonateurs, Rl-R6, sont disposés en série dans un guide d'ondes rectangulaire replié en U qui forme le boîtier, 1, du filtre. Les accès A1, A2 de ce filtre sont constitués par deux prises avec antennes, disposées respectivement aux deux extrémités du filtre. De manière à faire résonner les résonateurs selon le mode TM011 et à faire propager dans le guide un mode TM dont la fréquence de coupure soit supérieure à celle du mode TM011 des résonateurs, les dimensions de la section transversale du guide sont prises de l'ordre de 2 à 2,5 fois plus grandes que les dimensions transversales des résonateurs, dans le cas présent il est question de 2,2.
- Par ailleurs les antennes des accès A1, A2 sont dirigées selon la direction de la propagation dans le guide.
- De manière à créer dans le filtre selon la figure 1 un couplage négatif entre deux résonateurs non-adjacents (R1 et R5) un couplage par tige conductrice, 20, est réalisé à travers la paroi commune, 2, qui sépare les deux parties repliées constituant le guide en U. Trois exemples de réalisation du couplage par tige 20 seront données à l'aide des figures 3 à 5.
- Le boîtier du filtre selon la figure 1 est assemblé au moyen de vis qui traversent le couvercle non représenté du filtre pour venir se visser dans six trous taraudés, tels que 10, percés dans le boîtier du filtre.
- La figure 2 est un schéma montrant la répartition du champ électromagnétique autour d'un résonateur R pour un mode de résonance du type TM011; les lignes du champ électrique, e ont été représentées en traits interrom us fins et les lignes du champ magnétique, ont été représentées en traits continus fins. Le mode de résonance TM011 qui a été choisi pour les résonateurs de la figure 1 permet d'obtenir, avec le filtre selon cette figure 1, un coefficient du surtension élevée, supérieure à 4 000.
- La figure 3, est une vue en coupe, selon l'axe XX indiqué sur la figure 1, du filtre selon la figure 1. Les résonateurs R2 et R5 comme d'ailleurs les autres résonateurs du filtre, sont collés sur un support (S2 pour R2 et S5 pour R5) et ce support est lui-même collé sur le fond du guide d'ondes. Les supports des résonateurs, tels que S2 et S5, sont réalisés en un matériau diélectrique de constante diélectrique égale à 2,5 alors que la constante diélectrique des résonateurs diélectriques tels que R2 et R5 est égale à 36. Dans le cas de la figure 3 le couplage par tige est réalisé par une tige 20 qui se termine par deux antennes Ga, G'a disposées perpendiculairement à la paroi 2 et à mi-hauteur de cette paroi. Les deux antennes G et G'a telles qu'elles sont placées au voisinage des résonateurs R2 et R5 réalisent un couplage négatif, par les lignes du champ électrique, entre ces deux résonateurs, c'est-à-dire qu'elles ramènent une partie de l'énergie du résonateur R2 en opposition de phase au voisinage du résonateur R5 ou inversement. Ce couplage négatif permet de ramener des pointes d'affaiblissement de part et d'autre de la bande passante du filtre afin de rendre plus raides les flancs de la courbe de réponse amplitude-fréquence du filtre considéré.
- La figure 3, qui vient d'être décrite, correspond à un couplage électrique-électrique entre les résonateurs R2 et R5. La figure 4 correspond à un couplage magnétique-magnétique entre les résonateurs R2 et R5; à cet effet les antennes Ga et G'a de la figure 3 sont remplacées par deux boucles Gb, G'b réalisées grâce à la tige 20 qui est repliée au voisinage de ses extrémités, de manière à former deux boucles dans un plan vertical et à venir en contact, avec ses extrémités, sur la paroi 2. Il est à noter que la tige conductrice 20 n'est en contact électrique avec la paroi 2 qu'à ses extrémités, en effet aussi bien dans le case de l'exemple de la figure 3 que dans celui de la figure 4 et dans celui de la figure 5 qui sera décrit après, la tige 20, quand elle traverse la paroi 2, en est électriquement isolée.
- La figure 5 est un exemple de réalisation du couplage par tige, 20, de la figure 1 dans lequel le couplage avec le résonateur R2 est un couplage électrique réalisé au moyen d'une antenne Ga semblable à celle de la figure 3 alors que le couplage avec le résonateur R5 est un couplage magnétique réalisé au moyen d'une boucle G'b semblable à la boucle G'b de la figure 4.
- Il est à noter que théoriquement, vu la répartition des lignes du champ magnétique tel que représenté sur la figure 2, les couplages magnétiques par les boucles Gb et G'b des figures 4 et 5 ne peut se faire qui si les boucles Gb et G'b sont disposées dans un plan vertical; en pratique il apparaît qu'il est également possible de réaliser ce couplage magnétique avec des boucles disposées différemment et même disposées dans un plan horizontal; ceci est dû au fait que le champ magnétique, H, ne se présente pas exactement comme il est indique sur la figure 2 et qu'il subit des déformations dues à la proximité des parois du guide d'ondes si bien qu'une boucle de couplage disposée dans un plan parallèle au fond du boîtier du filtre est quand même traversée par une partie du champ magnétique.
- Le filtre de la figure 1 est un filtre à 6 pôles constitués par les 6 résonateurs R1 à R6, le filtre qui va être décrit maintenant à l'aide des figures 6 à 9, est un filtre à quatre pôles, conçu sur le même modèle que le filtre selon la figure 1.
- Les figures 6, 7 et 8 montrent respectivement le boîtier du filtre, couvercle enlevé, le couvercle du filtre et une coupe du filtre avec son couvercle; la coupe est réalisée selon le plan dont la trace dans la figure 6 est notée YY, et seuls le boîtier 1 avec son couvercle 3 sont représentés coupés. Ce filtre à quatre pôles est constitué par un guide d'ondes rectangulaire replié en U avec en série dans ce guide d'ondes quatre résonateurs R1 à R4 et aux extrémités du guide deux accès A1, A2 constitués chacun par une prise terminée du côté du guide par une antenne de couplage. La figure 1 montre les trous taraudés tels que 11 qui permettent la fixation du couvercle 3 sur le boîtier 1 du filtre.
- Comme dans l'exemple précédent représenté sur la figure 1, le filtre selon les figures 6 à 8 est réalisé de manière à faire résonner les résonateurs selon le mode TM011 et à faire propager dans le guide un mode TM dont la fréquence de coupure soit supérieure à celle du mode TM011 des résonateurs. Cette façon de faire fonctionner le filtre permet d'obtenir un coefficient de surtension à vide très élevé; elle nécessite comme il a été vu précédemment différentes conditions: le guide d'ondes doit fonctionner au-dessous de sa fréquence de coupure; les antennes des accès du guide doivent être disposées selon la direction de propagation des ondes dans le guide, les résonateurs doivent être disposés en série dans le guide et les résonateurs doivent présenter des dimensions transversales de l'ordre de 2 à 2,5 fois plus petits que les dimensions transversales du guide d'ondes considéré.
- Les figures 7 et 8 montrent que, outre des trous tels que 10 pour le passage de vis de fixation du couvercle 3 dans les trous taraudés 11 du boîtier 1, le couvercle 3 comporte quatre autres trous dans lesquels sont fixés des éléments de réglage de la résonance des résonateurs, E1 à E4, et cinq trous taraudés à travers lesquels passent des vis d'accord V1 à V5. Les éléments de réglage E1 à E4 sont destinés au réglage de la fréquence des résonateurs, il sont disposés juste au-dessus des résonateurs et sont constitués par un disque en diélectrique qu'une vis également en diélectrique permet par vissage dans le couvercle 3 d'approcher ou d'écarter à volonté du résonateur au-dessus duquel se trouve l'élément de réglage. Les vis d'accord V1 à V5 sont des vis métalliques destinées à permettre de modifier les couplages entre, respectivement, l'antenne de l'accès A1 et le résonateur R1, les résonateurs R1 et R2, les résonateurs R2 et R3, les résonateurs R3 et R4 et le résonateur R4 et l'antenne de l'accès A2.
- Le filtre représenté sur les figures 6 à 8 est un filtre dans lequel les résonateurs diélectrique ont une constante diélectrique égale à 36. Ce filtre, dont les dimensions du boîtier sont 71, 70x62x30 mm, a été conçu pour fonctionner dans une bande passante dont la fréquence centrale est de 6 720 MHz; la courbe de réponse amplitude-fréquence de ce filtre est donnée sur la figure 9. Deux courbes sont représentées sur la figure 9: une courbe C1 indiquée en trait interrompu qui représente la réponse du filtre sans le couplage par la tige 20 et une courbe C2 indiquée en trait plein qui représente la réponse du filtre lorsqu'est introduit le couplage par tige entre les résonateurs R1 et R4. Comme il apparaît sur la figure 9 les flancs de la courbe de réponse du filtre sont devenus beaucoup plus raides grâce à l'effet de couplage négatif introduit par la tige 20; il est également à noter que la bande passante du filtre avec le couplage par tige est plus étroite que celle sans la couplage, ceci est dû au fait que la position des résonateurs R1 à R4 de la figure 6 a été étudiée sans le couplage 20 et n'a pas été modifiée ensuite lorsque la tige 20 a été introduite. Il est possible de donner à la bande passante (avec la tige 20) une largeur sensiblement équivalente à celle obtenue initialement (sans la tige 20); pour cela il faut redéfinir la position des résonateurs dans le guide et, par la suite, la position des éléments de réglage (E1 à E4) et des vis d'accord (V1 à V5).
- L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits, c'est ainsi que, par exemple, le nombre de résonateurs peut être supérieur à six et peut être égal à un nombre impair, par exemple cinq ou sept, et qu'alors le guide replié en U sera replié de préférence de telle façon qu'un résonateur se trouve sensiblement dans le prolongement de la paroi commune c'est-à-dire dans la barre horizontale du U. Il est également possible de prévoir, par exemple dans le cas de la figure 1, deux couplages par tige: un premier couplage tel qu'indiqué sur la figure 1 qui couple les résonateurs R2 'et R5 et un deuxième couplage qui couple les résonateurs R1 et R6.
Claims (4)
1. Filtre à résonateurs comportant un guide d'ondes rectangulaire (1-3) et n résonateurs diélectriques (n au moins égal à 4) disposés à l'intérieur du guide (R1-R6), dans lequel un couplage négatif est réalisé entre deux (R2, R5) des n résonateurs, le guide d'ondes fonctionnant au-dessous de sa fréquence de coupure, caractérisé en ce que le guide est replié sur lui-même avec une paroi (2) commune à ses deux parties repliées, les deux résonateurs couplés négativement étant situés de part et d'autre de la paroi commune, les dimensions de la section transversales du guide étant de l'ordre de 2 à 2,5 fois les dimensions transversales des résonateurs, et en ce qu'il comporte une tige de couplage (20) pour réaliser le couplage négatif, cette tige traversant la paroi commune à travers un trou et étant, au moins en dehors de ses extrémités, séparée électriquement de la paroi commune.
2. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tige se termine en antennes des deux côtés de la paroi commune figure 3).
3. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que, de chaque côté de la paroi commune, la tige forme une boucle pour venir en contact à ses extrémités avec la paroi commune (figure 4).
4. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tige se termine en antenne d'un premier côté de la paroi commune et forme, du second côté de la paroi commune, une boucle, pour venir en contact, à son extrémité, avec la paroi commune (figure 5).
Priority Applications (1)
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Publications (2)
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Family Applications (1)
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| EP83401602A Expired EP0101369B1 (fr) | 1982-08-10 | 1983-08-02 | Filtre passe-bande à résonateurs diélectriques, présentant un couplage négatif entre résonateurs |
Country Status (4)
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