EP0260633B1 - Filtre composite à large bande type plan E - Google Patents

Filtre composite à large bande type plan E Download PDF

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EP0260633B1
EP0260633B1 EP87113391A EP87113391A EP0260633B1 EP 0260633 B1 EP0260633 B1 EP 0260633B1 EP 87113391 A EP87113391 A EP 87113391A EP 87113391 A EP87113391 A EP 87113391A EP 0260633 B1 EP0260633 B1 EP 0260633B1
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EP
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plane
filter
cavity
iris
separation
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Mustafa Gurcan
Jean-Claude Cruchon
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Alcatel CIT SA
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Alcatel Telspace 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
    • H01P1/207—Hollow waveguide filters

Definitions

  • the invention relates to a broadband filter of the E-plane type.
  • Filtering techniques are very varied. But when the frequency or / and the power are high, filtering in a rectangular or cylindrical waveguide remains the only way to obtain good performance with regard to losses and selectivity.
  • circular cavity filters offer exceptional characteristics because they act with very high overvoltages.
  • the TE101 or "plane E” cavity filter is commonly applied up to 5 to 6% relative bandwidth. Beyond the end coupling susceptances become very low, the embodiments then become delicate if not practically impossible.
  • European patent application EP-A-0 045 242 describes a microwave band-pass filter produced as a waveguide and formed, in a single straight section of guide, by at least one resonant window whose shape determines the bandwidth filter bandwidth.
  • the invention provides a wide-band composite filter of plane type E comprising a conductive shielding body pierced with an elongated cavity in which a plane filter structure E is arranged longitudinally in the form of a lamella cut out from several rectangular openings, characterized in that said body has two adjoining parts to each other on either side of a separation plan, in that the cavity, of parallelepiped shape, is split by the separation plane into two volumes of the same shape, in that the plane filter structure E is embedded in two longitudinal notches machined in at least one of the two parts, and in that two irises, in the form of perforated strips of rectangular openings, are embedded respectively in two transverse notches machined in the two parts located at the two ends of the cavity.
  • waveguide filters with inductively coupled cavities are obtained by cascading resonant cavities which are each tuned, for example, by a screw, these cavities being coupled together by irises or by rod curtains.
  • the circuit equivalent to such filters consists of susceptances separated by transmission lines.
  • a plane filter E is in the form of a "scale" inserted in a waveguide along the axis of propagation.
  • the scale which constitutes the essential element of the filter can be entirely metallic, of the finned line type, uni or bilateral.
  • the equivalent circuit of this type of filter can be represented by a succession of symmetrical T circuits: each symmetrical T circuit having an influence equivalent to that of the "strips" or transverse lamellae constituting the scale.
  • the Ts, associated with the transmission lines, operate as admittance inverters, which performs the filtering function.
  • the reactors if X, X and X if ft branches T can be calculated from the work of YI-CHI SHIH (IEEE Vol. MTT-32 No. 7 July 1984).
  • the antenna filters In transmission systems, the antenna filters must have the lowest possible insertion losses. With the advent of wideband applications it is necessary to use filters accordingly.
  • Plan-E filters can be produced for bandwidths exceeding 10% in a frequency range from the X band (8-12 GHz) to the D band (110-175 GHz) with an overvoltage coefficient Q> 1000 .
  • the bandwidth is displaced towards the high frequencies and its width decreases.
  • the calculated relative bandwidth is therefore greater than that obtained in practice. This further contributes to decreasing W1 and W n .
  • the filter of the invention 10 comprises a conductive shielding body (11, 12) formed of two parts 11 and 12 joined to one another on either side of a separation plane 13.
  • This cavity contains a structure 15 of planar filter E having the shape of a lamella cut out from several rectangular openings one of the faces of which could be situated, for example, in the separation plane 13.
  • This lamella 15 has for example the shape of a ladder.
  • Two irises 16 and 17 are located at the inlet and at the outlet of the cavity 14 so as to conceal, each, a part thereof.
  • the structure 15 is an attached structure embedded in two longitudinal notches 18 and 19 machined, for example, in the two parts 11 and 12 on either side of the cavity 14.
  • the irises 16 and 17 have the form of perforated strips of vertical rectangular openings 24 as shown, for example in FIG. 3, embedded in two transverse notches 20 and 21 machined in the two parts 11, 12 and located at the two ends of the cavity 14.
  • the plane filter structure E as well as the two irises may be an integral part of one or the other of the two parts of the shielding body, and therefore not be added parts.

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Description

  • L'invention concerne un filtre composite à large bande de type plan E.
  • Les techniques de filtrage sont très variées. Mais lorsque la fréquence ou/et la puissance sont élevées, le filtrage en guide d'onde rectangulaire ou cylindrique reste le seul moyen pour obtenir des bonnes performances en regard des pertes et de la sélectivité.
  • Lorsque la bande passante relative est inférieure à 2 % environ, les filtres à cavités circulaires offrent des caractéristiques exceptionnelles car ils agissent avec de très fortes surtensions.
  • Pour les bandes passantes plus élevées trois types de filtres sont couramment utilisés :
    • les filtres à modes évanescents ou en peigne :
         Cette technique à faible surtension permet la réalisation de filtres à bande large avec un facteur Q ≦ 1000.
    • les filtres à coaxial suspendu :
         Ils possèdent les mêmes performances que les précédents avec l'avantage d'une précision liée au principe de la gravure en couches minces.
    • les filtres en guides d'ondes.
  • Le filtre à cavité TE101 ou "plan E" s'applique couramment jusqu'à 5 à 6 % de bande passante relative. Au delà les susceptances de couplage d'extrémités deviennent très faibles, les réalisations deviennent alors délicates sinon impossibles pratiquement.
  • Un article intitulé "Broadband millimeter Wave E-plane bandpass filter" paru dans IEEE MTT-S DIGEST (1984, p 236 - 237) décrit une méthode de calcul de filtre passe-bande plan-E ayant des bandes passantes supérieures à 10 % dans laquelle la structure utilisée est une structure dite "en échelle".
  • L'article intitulé "E-plane integrated parallel-strip screen waveguide filters", F. Arndt et al., paru dans IEEE Transactions on MTT, vol. MTT-33, no. 7, Juillet 1985, décrit un certain type de filtre hyperfréquence, à faibles pertes et faible coût, obtenu en disposant une série de grilles métalliques transversalement dans une guide d'ondes rectangulaire.
  • La demande de brevet européen EP-A-0 045 242 décrit un filtre passe-bande hyperfréquence réalisé en guide d'ondes et constitué, dans une seule section droite de guide, par au moins une fenêtre résonante dont la forme détermine la largeur de bande passante du filtre.
  • L'invention propose un filtre composite à large bande de type plan E comportant un corps de blindage conducteur percé d'une cavité allongée dans laquelle est disposée longitudinalement une structure de filtre plan E ayant la forme d'une lamelle découpée de plusieurs ouvertures rectangulaires,
    caractérisé en ce que ledit corps comporte deux parties accolées l'une à l'autre de part et d'autre d'un plan de séparation, en ce que la cavité, de forme parallélépipédique, est scindée par le plan de séparation en deux volumes de même forme, en ce que la structure de filtre plan E est encastrée dans deux encoches longitudinales usinées dans au moins une des deux parties, et en ce que deux iris, ayant la forme de lamelles ajourées d'ouvertures rectangulaires, sont encastrés respectivement dans deux encoches transversales usinées dans les deux parties situées aux deux extrémités de la cavité.
  • Un tel filtre a pour avantage de permettre l'obtention de bandes passantes plus larges tout en conservant de bonnes caractéristiques de la fonction de transfert.
  • D'autres exemples de réalisation sont définis dans les revendications dépendantes.
  • Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif, en référence aux figures annexées sur lesquelles
    • les figures 1 et 2 illustrent le filtre de l'invention respectivement selon une vue en coupe longitudinale dans le plan I-I de la figure 2 et selon une vue en coupe transversale dans le plan II-II de la figure 1 ;
    • les figures 3 à 7 illustrent différentes possibilités de réalisation d'iris d'entrée et de sortie.
  • De manière connue de l'homme de l'art, les filtres en guide d'onde à cavités couplées inductivement sont obtenus en mettant en cascade des cavités résonnantes qui sont accordées chacune, par exemple, par une vis, ces cavités étant couplées entre elles par des iris ou par des rideaux de tiges.
  • Le circuit équivalent à de tels filtres consiste en des susceptances séparées par des lignes de transmission.
  • Un filtre plan E se présente sous forme d'une "échelle" insérée dans un guide d'onde suivant l'axe de propagation. L'échelle qui constitue l'élément essentiel du filtre peut être entièrement métallique, du type ligne à ailettes uni ou bilatérale.
  • Le circuit équivalent de ce type de filtre peut être représenté par une succession de circuits en T symétriques : chaque circuit en T symétrique ayant une influence équivalente à celle des "strips" ou lamelles transversales constituant l'échelle. Les T, associés aux lignes de transmission, opèrent comme des inverseurs d'admittances, ce qui réalise la fonction de filtrage.
  • Les réactances Xsi, Xsi et Xpi des branches des T peuvent être calculées à partir des travaux de YI-CHI SHIH (IEEE Vol. MTT-32 no 7 juillet 1984).
  • Dans les systèmes de transmission, les filtres d'antenne doivent avoir des pertes d'insertion les plus faibles possibles. Avec l'apparition des applications larges bandes il est nécessaire d'utiliser des filtres en conséquence.
  • Les filtres plan-E peuvent être réalisés pour des largeurs de bande dépassant 10 % dans une gamme de fréquence allant de la bande X (8-12 GHz) à la bande D (110-175 GHz) avec un coefficient de surtension Q > 1000.
  • Néanmoins la bande passante relative de ces filtres est limitée :
       En effet lorsque la bande passante augmente, les réactances d'extrémités (Xp1 et Xpn) à réaliser augmentent aussi. De même si l'on veut diminuer l'ondulation de la réponse dans la bande. Ainsi les largeurs W₁ et Wn des "strips" d'extrémités sont pratiquement irréalisables. Même une augmentation du nombre n de pôles n'apporte pas d'amélioration au-delà de n=7.
  • De plus, du fait de l'épaisseur de l'échelle la bande passante se trouve déplacée vers les fréquences hautes et sa largeur diminue. La bande passante relative calculée est donc supérieure à celle obtenue en pratique. Ce qui contribue encore à diminuer W₁ et Wn.
  • L'influence de l'épaisseur ne peut être diminuée indéfiniment, car la structure deviendrait alors mécaniquement fragile.
  • Pour pallier ces inconvénients, le filtre de l'invention 10 comporte un corps de blindage (11, 12) conducteur formé de deux parties 11 et 12 accolées l'une à l'autre de part et d'autre d'un plan de séparation 13.
  • A l'intérieur de ce corps (11, 12) se trouve une cavité 14 de forme parallélépipédique scindée par le plan 13 en deux volumes de même forme. Cette cavité contient une structure 15 de filtre plan E ayant la forme d'une lamelle découpée de plusieurs ouvertures rectangulaires dont l'une des faces pourrait être située, par exemple, dans le plan de séparation 13. Cette lamelle 15 a par exemple la forme d'une échelle.
  • Deux iris 16 et 17 sont situés en entrée et en sortie de la cavité 14 de manière à en occulter, chacun, une partie.
  • La structure 15 est une structure rapportée encastrée dans deux encoches 18 et 19 longitudinales usinées, par exemple, dans les deux parties 11 et 12 de part et d'autre de la cavité 14.
  • Les iris 16 et 17 ont la forme de lamelles ajourées d'ouvertures rectangulaires verticales 24 telle que représentée, par exemple à la figure 3, encastrées dans deux encoches transversales 20 et 21 usinées dans les deux parties 11, 12 et situées aux deux extrémités de la cavité 14.
  • En intégrant ainsi les iris d'entrée aux deux extrémités de la cavité 14, on surmonte les difficultés de réalisation des susceptances d'entrée par la création d'un filtre composite.
  • Ces iris comme représentés aux figures 3, 4, 5, 6, et 7 peuvent être composés, par exemple, d'une, deux ou trois tiges 22 ou d'un ou deux volets inductifs 23. Ces éléments peuvent être disposés symétriquement ou non par rapport à l'axe de propagation.
  • Un exemple de réalisation est obtenu avec les valeurs suivantes :
    • filtre Tchebyscheff à 7 pôles
    • fréquence minimale : 27,5 GHz
    • fréquence maximale : 30 GHz
    • hauteur de la cavité : 3,56 mm
    • largeur de la cavité : 7,12 mm
    • longueur de l'échelle qui comporte 6 strips : 46,54 mm
    • épaisseur du métal dans lequel est gravée l'échelle : 0,1 mm
    • largeur de l'ouverture de l'iris tel que représenté à la figure 7≃3,56 mm.
  • Il est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et que l'on pourra remplacer ses éléments constitutifs par des éléments équivalents sans, pour autant, sortir du cadre de l'invention.
  • Ainsi la structure de filtre plan E, ainsi que les deux iris peuvent faire partie intégrante de l'une, ou de l'autre des deux parties du corps de blindage, et donc ne pas être des pièces rapportées.
  • Ces iris peuvent être réalisés respectivement par une simple rupture des dimensions du guide.

Claims (5)

  1. Filtre composite à large bande de type plan E comportant un corps de blindage (11, 12) conducteur percé d'une cavité (14) allongée dans laquelle est disposée longitudinalement une structure de filtre plan E, ayant la forme d'une lamelle (15) découpée de plusieurs ouvertures rectangulaires ; caractérisé en ce que ledit corps comporte deux parties (11, 12) accolées l'une à l'autre de part et d'autre d'un plan de séparation (13), en ce que la cavité (14), de forme parallélépipédique, est scindée par le plan de séparation (13) en deux volumes de même forme, en ce que la structure de filtre plan E est encastrée dans deux encoches longitudinales (18, 19) usinées dans au moins une des deux parties (11, 12), et en ce que deux iris (16, 17), ayant la forme de lamelles ajourées d'ouvertures rectangulaires (24), sont encastrés respectivement dans deux encoches transversales (20, 21) usinées dans les deux parties (11, 12) situées aux deux extrémités de la cavité (14).
  2. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure de filtre plan E est une lamelle (15) ayant la forme d'une échelle.
  3. Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la structure plan E (15) est une structure métallique.
  4. Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque iris (16, 17) comprend une lamelle ajourée d'au moins une ouverture rectangulaire (24) dont l'une des directions est parallèle à l'intersection du plan de séparation (13) et du plan de chaque iris.
  5. Filtre selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque iris (10, 17) comprend un axe de symétrie ; les ouvertures (24) de chaque iris étant disposées symétriquement à l'intérieur de la cavité par rapport au plan de séparation (13).
EP87113391A 1986-09-18 1987-09-14 Filtre composite à large bande type plan E Expired - Lifetime EP0260633B1 (fr)

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