EP0112328B1

EP0112328B1 - Strucutre de filtre a micro-ondes

Info

Publication number: EP0112328B1
Application number: EP82901958A
Authority: EP
Inventors: John David Rhodes; Richard John Cameron
Original assignee: Agence Spatiale Europeenne
Current assignee: Agence Spatiale Europeenne
Priority date: 1982-06-11
Filing date: 1982-06-11
Publication date: 1987-11-19
Also published as: US4544901A; JPH034122B2; EP0112328A1; WO1983004457A1; JPS59501141A

Abstract

Une structure comprenant une cascade de cavités cylindriques à double mode de résonance, dans laquelle chaque cavité (par ex. 100) est couplée à la cavité adjacente (par ex. 200) par un iris de couplage (400) orienté suivant une direction décalée d'un angle déterminé () par rapport à la position angulaire des vis d'accord (1, 2) de la cavité (100) tandis que la cavité adjacente (200) est décalée d'un angle déterminé (psi) par rapport à la position angulaire de l'iris de couplage (400) qui la couple à la première cavité (100).

Description

La présente invention concerne la réalisation de filtres passe-bande micro-ondes à l'aide de cavités à double mode de résonance agencées en sorte de réaliser des caractéristiques de transmission asymétriques.
Les filtres passe-bande micro-ondes sont largement utilisés dans les systèmes de télécommunication terrestres ou spatiaux pour assurer la réjection des signaux de bruit ou d'interférence et dans les multiplexeurs pour la combinaison ou la séparation des différentes voies de transmission. La majorité de ces filtres ont cependant des caractéristiques de transmission symétriques et sont réalisés par des structures micro-ondes accordées de façon synchrone, c'est-à-dire dans lesquelles tous les résonateurs se trouvent accordés à la même fréquence centrale.
Un type de structure de filtre micro-ondes connu comprend une cascade de cavités cylindriques à double mode de résonance, dans laquelle chaque cavité est munie de deux vis d'accord disposées à 90° l'une par rapport à l'autre et d'une vis de couplage disposée à 45° par rapport à es deux vis d'accord pour coupler les deux modes de résonance de la cavité et dans laquelle le couplage entre les modes de résonance identiques des cavités adjacentes est réalisé au moyen d'un iris de couplage en croix percé dans une plaque séparant les cavités adjacentes dans le plan d'une section des cavités. Une structure exemplaire de ce type est décrite dans FR-A-2 100 640. Dans cette structure exemplaire, les deux fentes de l'iris de couplage sont orientées symétriquement de manière à coïncider avec les vecteurs orthogonaux qui définissent les deux modes de propagation dans les cavités correspondantes et la vis de couplage interne d'une cavité est disposée à 90° par rapport à la vis de couplage de la cavité adjacente. Il en résulte en déphasage de 180° entre le mode de résonance vertical de la première cavité et le mode de résonance vertical de la deuxième cavité, ce qui produit une caractéristique de transmission elliptique, donc une caractéristique de transmission symétrique.
Par FR-A-1 151 803 on sait également que l'on peut faire varier le couplage entre les cavités en utilisant des fentes de couplage ayant des angles d'inclinaison choisis. Toutefois, lorsque de telles fentes inclinées sont utilisées dans une structure de filtre telle que décrite dans FR-A-2 100 640 la caractéristique de transmission du filtre conserve une symétrie par rapport à une fréquence centrale.
Il existe cependant des applications dans lesquelles il serait souhaitable de réaliser des structures de filtrage à caractéristique de transmission asymétrique. Tel est le cas, par exemple, des filtres des voies extérieures dans un multiplexeur à voies contiguës où l'absence d'une voie contiguë d'un côté provoque l'apparition d'une forte distorsion asymétrique dans les caractéristiques de perte d'insertion et de temps de propagation de groupe dans la bande passante. Une telle distorsion asymétrique peut être fortement dommageable pour les signaux numériques et si cette distorsion n'est pas corrigée, il est nécessaire d'adopter de plus fortes puissances pour les transmetteurs afin de rétablir le taux d'erreur binaire à celui que l'on aurait sans distorsion. Une autre application est celle de systèmes de transmission qui sont soumis à des spécifications de réjection asymétrique, par exemple dans une voie de réception qui est adjacente à une voie de transmission devant être rejetée avec une pente de coupure très abrupte.
L'invention a pour objet un filtre micro-ondes utilisant des cavités à double mode de résonance agencées en sorte de réaliser des caractéristiques de transmission asymétriques.
Cet objectif est atteint suivant l'invention par une structure de filtre micro-ondes comprenant une cascade de cavités cylindriques à double mode de résonance, dans laquelle chaque cavité est couplée à la cavité adjacente par un iris de couplage en croix dont la position angulaire est décalée d'un premier angle déterminé (8) par rapport à la position angulaire des vis d'accord de la cavité, cette structure se caractérisant en ce que la position angulaire des vis d'accord de la cavité adjacente est décalée d'un second angle déterminé (tp) par rapport à la position angulaire de l'iris de couplage, de telle sorte que les positions angulaires des vis d'accord de deux cavités adjacentes soient décalées l'une par rapport à l'autre d'un angle (θ+ψ) différent de k - n/2, (k étant égal à 1,2,3,...), et en ce que les angles 0 et ψ sont déterminés par les relations suivantes:

dans lesquelles M₁ et M₂ désignent les couplages réalisés par les deux branches dudit vis de couplage (400), et dans lesquelles M_ij désigne le couplage entre la résonance i d'une cavité et la résonance de la cavité adjacente (i=₁, 2; j=3, 4).
L'invention est exposée en détail dans ce qui suit avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels

- la figure 1 est une vue éclatée d'un mode de construction connu de filtre micro-ondes à cavités à double mode de résonance;
la figure 2 montre le réseau prototype électrique correspondant à une mode de construction suivant la figure 1;
la figure 3 montre un réseau prototype électrique qui permet de réaliser des caractéristiques de transmission asymétriques;
la figure 4 est une vue en élévation illustrant un mode de réalisation exemplaire selon l'invention;
la figure 5 est une vue suivant la ligne V-V de la figure 4;
. les figures 6-8 montrent des caractéristiques de transmission d'un exemple d'exécution selon l'invention.

Dans ce qui suit sera décrit un mode de réalisation exemplaire à deux cavités (Fig. 4). Se reportant d'abord à la figure 1 on voit une vue éclatée d'un mode d'exécution connu. Les deux cavités cylindriques 100 et 200 sont séparées par une plaque 300 percée d'un iris de couplage en croix 400. Chaque cavité supporte deux résonances en mode TE₁₁ polarisées orthogonalement l'une par rapport à l'autre, chaque résonance étant accordée individuellement au moyen d'une vis d'accord. Les deux résonances orthogonales sont couplées au moyen d'une vis de couplage disposée à 45° par rapport aux vis d'accord. Le couplage entre les résonances dans les cavités adjacentes 100 et 200 se fait par l'iris de couplage 400. Ce type de construction ne réalise que des caractéristiques de transmission symétriques par rapport à la fréquence centrale car cette construction dérive d'un réseau prototype essentiellement symétrique tel que montré à la figure 2. Ce réseau prototype est un réseau en forme d'échelle repliée afin de permettre le couplage entre les condensateurs non adjacents. Ces couplages sont identifiés par les symboles K18, K27, K38. Un tel réseau est la réalisation électrique des caractéristiques définies sous forme mathématique par des polynomes de transfert. Le procédé pour convertir ces polynomes en un réseau prototype électrique est décrit par J. D. Rhodes dans: A low-pass prototype network for microwave linear phase filters (IEEE-MTT, Vol. MTT-18, juin 1970, pages 145-160).
Pour réaliser des caractéristiques de transmission asymétriques il est nécessaire de réaliser une structure correspondant à un réseau prototype électrique équivalent comprenant des couplages en diagnole tels que les couplages identifiés par les symboles K17, K26 et K35 à la figure 3.
Se reportant à présent à la figure 4, les références 100 et 200 désignent deux cavités cylindriques séparées par une plaque d'iris de couplage 300 percée d'un iris en crois 400. Chaque cavité supporte deux résonances en mode TE₁₁ polarisées orthogonalement l'une par rapport à l'autre, chaque résonance étant accordée individuellement au moyen d'une vis d'accord. Pour la cavité 100 les vis d'accord sont notées 1 et 2. La position angulaire de ces vis 1 et 2 servira de position de référence pour l'organisation de la structure selon l'invention.
La plaque d'iris de couplage 300 est disposée de telle manière que l'iris de couplage 400 soit décalé angulairement d'un angle 9 par rapport à la position angulaire des vis d'accord 1 et 2 de la cavité 100. Ensuite, la deuxième cavité 200 est disposée de telle manière que la position angulaire de ses vis d'accord 3 et 4 soit décalée d'un angle ψ par rapport à la position angulaire de l'iris de couplage 400. Le décalage angulaire entre les positions angulaires des vis d'accord des deux cavités adjacentes est donc (θ+ψ).
Dans chaque cavité de cette structure existent deux résonances indépendantes accordées par les vis d'accord et le couplage de ces deux résonances est ajusté par une vis de couplage située à 45° par rapport aux vis d'accord. Dans la cavité 100 le couplage M₁₂ entre les résonances 1 et 2 est ajusté par la vis 500 et dans la cavité 200 le couplage M₃₄ entre les résonances 3 et 4 est ajusté par la vis 600.
Désignant par M₁ et M₂les couplages réalisés par les deux branches de l'iris 400, l'agencement illustré à la fig. 5 réalise entre les résonances des deux cavités, des couplages qui peuvent être explicités par les relations suivantes:
La résolution simultanée de ces quatre équations par rapport aux quatre paramètres inconnus M_i, M₂, θ et ψ permet de déterminer tous les paramètres de construction nécessaires pour réaliser une structure à deux cavités.
Le développement mathématique conduisant à la solution de ces équations simultanées sera publié dans la revue de la déposante "ESA JOURNAL", vol. 6, No. 2, 1982 avec un article de Richard J. Cameron intitulé: General synthesis methods for microwave filters.
La réalisation de cascades de degré plus élevé comptant un plus grand nombre de cavités de sait d'une manière identique.
Une forme de réalisation simplifiée pour des structures du 4e et du 6e degré consiste à utiliser une simple fente comme iris au lieu d'un iris en forme de croix. Dans ce cas, les équations (I) se réduisent à l'ensemble suivant:
Le procédé pour établir la structure d'un filtre microondes avec cavités à double mode de résonance comprend deux étapes. La première consite, à partir du réseau prototype électrique correspondant à la fonction de transfert voulue, à convertir le réseau prototype en une matrice de couplage. La seconde étape consiste à transformer cette matrice jusqu'à ce qu'elle ne contienne plus que des couplages qui peuvent être réalisés par une cascade de cavités à double mode de résonance et leurs composants de couplage. Ce procédé se trouve développé dans les articles suivants: "A novel realisation for microwave bandpass filters" par R. J. Cameron (ESA JOURNAL, vol. 3, No. 4,1979, pp. 281-287) et "Asymmetric realisation for dual-mode bandpass filters" par R. J. Cameron et J. D. Rhodes (IEEE Trans. MTT, Vol. MTT-29, No. 1, Jan. 1981, pp. 51-58).
Un exemple de réalisation du 4e degré a été construit avec un iris à fente. La bande passante de ce filtre est de 80 MHz avec une fréquence centrale de 14125 MHz. Les caractéristiques d'affaiblissement théorique, d'affaiblissement d'adaptation et de temps de propagation de groupe sont montrées aux figs. 6 à 8.
Ce filtre a été réalisé en ce basant sur la matrice de couplage prototype du tableau 1. Après transformation avec pivot à (2,3), angle À=35, 95°, on obtient la matrice de couplage du tableau 2.
La résolution des équations (II) donne les valeurs des paramètres de construction:
Constructivement, l'iris de couplage entre les deux cavités est une fente orientée à angles droits par rapports à la position angulaire de la vis d'accord de résonance 1 et la longueur de la fente se calcule de la manière habituelle pour réaliser le couplage de valeur M_i=0,7925. La deuxième cavité est disposée en sorte que la vis d'accord de résonance 3 soit décalée d'un angle de 44,76° dans le sens contraire à celui du déplacement des aiguilles d'une montre par rapport à l'orientation angulaire de la fente de couplage M_i. Les fentes de couplage d'entrée M₀₁ et de sortie M₄₀ sont alignées avec les positions angulaires des vis d'accord de résonance 1 et 4 respectivement: leurs longueurs sont calculées de la façon classique par la théorie des impédances de terminaison.

Claims

1. Structure de filtre micro-ondes servant à réaliser des caractéristiques de transmission asymétriques, cette structure comprenant une cascade de cavités cylindriques (100, 200) à double mode de résonance, chaque cavité étant munie de deux vis d'accord (1, 2; 3, 4) disposées à 90° l'une par rapport à l'autre dans le plan d'une section de la cavité, chaque cavité (100) étant couplée à la cavité adjacente (200) par un iris de couplage ayant la forme d'une croix (400) orienté suivant une direction décalée d'un premier angle déterminé (θ) non nul par rapport à la position angulaire des vis d'accord (1, 2) de la cavité (100), le couplage des deux résonances dans chaque cavité (100, 200) étant ajusté par une vis de couplage (500,600) située à 45° par rapport aux dits vis d'accord (1, 2; 3, 4) de la cavité, caractérisée en ce que la position angulaire des vis d'accord (3, 4) de la dite cavité adjacente (200) est décalée d'un second angle déterminé (ψ) par rapport à la position angulaire dudit iris de couplage (400) de telle sorte que les positions angulaires des dits vis d'accord de deux cavités adjacentes soient décalées l'une de l'autre d'un angle (θ+ψ) différent de k· π/2, (k=1, 2, 3, ...), et en ce que les angles 6 et ψ sont déterminés par les relations suivantes:

dans lesquelles M₁ et M₂ désignent les couplages réalisés par les deux branches dudit iris de couplage (400) et M_ij désigne le couplage entre la résonance i d'une cavité et la résonance j de la cavité adjacente (i=1, 2; j=3, 4).

2. Structure de filtre micro-ondes selon la revendication 1, dans laquelle les iris de couplage ont la forme d'une fente, le couplage M₂ dans lesdites relations destinées à déterminer les angles 8 et ψ étant négligeable.