EP0392417A1 - Dielectric resonator filter - Google Patents
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- H01P1/207—Hollow waveguide filters
- H01P1/208—Cascaded cavities; Cascaded resonators inside a hollow waveguide structure
- H01P1/2084—Cascaded cavities; Cascaded resonators inside a hollow waveguide structure with dielectric resonators
Definitions
- the invention relates to a dielectric resonator filter.
- Such a filter is based on the following principles: - Use of the modes of the shielded dielectric resonator. - Reuse of conventional methods of excitation and coupling of modes, in particular thanks to adjustment screws acting on the electric field.
- European patent application No. 0 064 799 describes a ceramic resonator element arranged in a cavity to form a composite microwave resonator.
- Two tuning screws, located in the cavity along orthogonal axes, make it possible to achieve the tuning of the assembly along these axes, at frequencies close to the fundamental resonance frequency of the resonator element.
- Several cavities of this type can be assembled to form a filter using several transverse partitions.
- each cavity can then be carried out using simple slots, two cross-shaped slots or using circular iris.
- an adjustment screw is positioned along an axis of 45 ° relative to the orthogonal tuning screws so that the resonance along one of the orthogonal axes is coupled to the resonance along the other axis.
- - low-loss insulating materials in the form of a column or cushion polystyrene or PTFE (polytetrafluoroethylene), foam.
- the invention while making it possible to optimize the response curves of filters with dielectric resonators in a band close to resonance and in wide band, aims to resolve the various questions raised for the production of these filters.
- a dielectric resonator filter comprising at least one cylindrical cavity inside which there is a dielectric resonator whose axis of symmetry is collinear with that of said cavity, characterized in that the resonator is maintained by a system of two cups.
- this resonator is a cylindrical resonator having a symmetrical longitudinal position inside the cavity.
- Such a filter has many advantages, namely: it allows a sufficient frequency difference between the HEM mode 1, 2, ⁇ , for example, and the other modes so as to obtain a fairly wide free band of parasitic modes, - it allows filters with more than dual-mode structure to be produced.
- the invention relates to a dielectric resonator filter in which: - The resonator is held by a cup system resting on the internal wall of the cavity on a small sidewalk on one side and using four needle screws resting on a conical part of the upper cup. This keeps the resonator in operation differential expansions.
- this cup system can be produced by two cylindrical parts:
- the system is made of dielectric material, the cavity is of silver aluminum.
- Such characteristics allow: - optimize the overvoltage coefficient (no lossy material in critical areas), - to obtain a temperature stability coefficient of around 1 ppm / ° C (ppm or parts per million), which is compensable by using a dielectric resonator at -1 ppm / ° C.
- the resonator filter according to the invention is formed by a cylindrical cavity 10 inside which there is a dielectric resonator 11, for example of shape cylindrical, whose axis of symmetry ⁇ is collinear with that of said cavity 10.
- This resonator 11 has, here, a symmetrical position inside the cavity 10.
- This cavity 10 can moreover be closed, if necessary, by two irises.
- the resonator 11 is held in the cavity 10 by a system with dimpled cups 15 and 16. As shown in FIG. 1, the first cup 15 is mounted in abutment on a sidewalk 12 produced in the internal wall of the cavity 10; the bearing surfaces of this cup 15 on this sidewalk 12 of the cavity 10 are limited to lugs 17 whose machining is precise. The resonator 11 is placed in abutment on four bearing surfaces 18 produced in the inner part of the cup 15 which hold it in the axis ⁇ of the cavity 10, in a symmetrical position.
- the second cup 16 whose shape is very close to that of the first cup 15 has the same four bearing surfaces 18 at the level of the resonator 11; it is distinguished by its conical bearing 19 on which needle screws 20 which pass through the cavity 10 come to bear and which, by their contact, keep the resonator 11 in the cavity 10.
- the compensation for thermal expansion of the materials is ensured by the elasticity of the cups 15 and 16, taking into account the fact that a prestressing is applied to them at the time of assembly.
- the filter of the invention meets the following characteristics: -
- the resonator 11 is held by a cup system 15 and 16, the applied stress is determined to hold accelerations up to 30 g and significant thermal stresses.
- This prestress is applied using the tool, illustrated in FIG. 2, which is formed by a frame 27, 28, 29 to which a guide 25 is fixed.
- a finger 22 transmits a force given by a spring 24, trapped in the guide 25, to the upper cup 16 by the wedge 21.
- the spring is compressed according to the number of turns of the arm 26.
- a calibration of the tool gives the correspondence: number of turns ⁇ -> effort.
- the needle screws 20 are then positioned in abutment on the conical surface 19 of the second cup 16 before raising the finger 22.
Abstract
Description
L'invention se rapporte à un filtre à résonateur diélectrique.The invention relates to a dielectric resonator filter.
Un tel filtre est basé sur les principes suivants :
- Utilisation des modes du résonateur diélectrique blindé.
- Réutilisation des méthodes classiques d'excitation et de couplage des modes, notamment grâce à des vis de réglages agissant sur le champ électrique.Such a filter is based on the following principles:
- Use of the modes of the shielded dielectric resonator.
- Reuse of conventional methods of excitation and coupling of modes, in particular thanks to adjustment screws acting on the electric field.
Un article paru dans "Electronics Letters", vol. 16, n° 17, du 14 août 1980, pages 646-647 intitulé "Dielectric resonator dual modes filter" de P. Guillon, Y. Garault et J. Farenc décrit un résonateur diélectrique blindé de forme cylindrique dans lequel plusieurs modes dégénérés à des fréquences naturelles identiques peuvent se propager. Ces modes dégénérés peuvent être couplés entre eux pour former des circuits couplés en perturbant la configuration géométrique de la structure : on peut ainsi avoir une perturbation de la fréquence pour le mode TE01p grâce à une vis d'accord, et un filtre diélectrique bi-mode utilisant deux modes HEM1,2, Δ du résonateur polarisés perpendiculairement.An article in "Electronics Letters", vol. 16, n ° 17, of August 14, 1980, pages 646-647 entitled "Dielectric resonator dual modes filter" by P. Guillon, Y. Garault and J. Farenc describes an armored dielectric resonator of cylindrical shape in which several degenerate modes at Identical natural frequencies can propagate. These degenerate modes can be coupled together to form coupled circuits by disturbing the geometrical configuration of the structure: it is thus possible to have a frequency disturbance for the TE 01p mode thanks to a tuning screw, and a bi-dielectric filter. mode using two HEM 1,2, Δ modes of the perpendicularly polarized resonator.
Une demande de brevet européen n° 0 064 799 décrit un élément résonateur en céramique disposé dans une cavité pour former un résonateur micro-onde composite. Deux vis d'accord, situées dans la cavité le long d'axes orthogonaux, permettent de réaliser l'accord de l'ensemble le long de ces axes, à des fréquences proches de la fréquence de résonance fondamentale de l'élément résonateur. Plusieurs cavités de ce type peuvent être assemblées pour former un filtre en utilisant plusieurs séparations transverses.European patent application No. 0 064 799 describes a ceramic resonator element arranged in a cavity to form a composite microwave resonator. Two tuning screws, located in the cavity along orthogonal axes, make it possible to achieve the tuning of the assembly along these axes, at frequencies close to the fundamental resonance frequency of the resonator element. Several cavities of this type can be assembled to form a filter using several transverse partitions.
Le couplage entre ces différentes cavités peut alors être réalisé à l'aide de simples fentes, de deux fentes en forme de croix ou à l'aide d'iris circulaires. Dans chaque cavité une vis de réglage est positionnée selon un axe de 45° par rapport aux vis d'accord orthogonales de manière telle que la résonance le long d'un des axes orthogonaux soit couplée à la résonance le long de l'autre axe.The coupling between these different cavities can then be carried out using simple slots, two cross-shaped slots or using circular iris. In each cavity an adjustment screw is positioned along an axis of 45 ° relative to the orthogonal tuning screws so that the resonance along one of the orthogonal axes is coupled to the resonance along the other axis.
Mais ces documents de l'art antérieur ne donnent aucune précision concernant :
- la position du résonateur dans la cavité métallique,
- les matériaux utilisés pour la cavité, pour les dispositifs de réglages et pour le système de maintien du résonateur,
- le principe de maintien du résonateur diélectrique dans la cavité.However, these documents of the prior art give no details concerning:
- the position of the resonator in the metal cavity,
- the materials used for the cavity, for the adjustment devices and for the resonator holding system,
- the principle of maintaining the dielectric resonator in the cavity.
Dans d'autres documents de l'art antérieur, on donne quelques détails concernant les matériaux utilisés pour la cavité :
- utilisation d'invar et de fibre de carbone,
- ou utilisation d'un autre matériau dont les coefficients de dilatation mis en oeuvre sont compensés.In other documents of the prior art, some details are given concerning the materials used for the cavity:
- use of invar and carbon fiber,
- or use of another material whose expansion coefficients used are compensated.
En ce qui concerne le diélectrique de maintien, peu de solutions précises sont indiquées, par exemple :
- des matériaux à faibles pertes isolant en forme de colonne ou de coussin (polystyrène ou PTFE (polytétrafluoréthylène), mousse).Regarding the holding dielectric, few specific solutions are indicated, for example:
- low-loss insulating materials in the form of a column or cushion (polystyrene or PTFE (polytetrafluoroethylene), foam).
L'invention, tout en permettant d'optimiser les courbes de réponse de filtres à résonateurs diélectriques en bande proche de la résonance et en large bande, a pour objet de résoudre les différentes questions soulevées pour la réalisation de ces filtres.The invention, while making it possible to optimize the response curves of filters with dielectric resonators in a band close to resonance and in wide band, aims to resolve the various questions raised for the production of these filters.
Elle propose, à cet effet, un filtre à résonateur diélectrique comprenant au moins une cavité cylindrique à l'intérieur de laquelle se trouve un résonateur diélectrique dont l'axe de symétrie est colinéaire avec celui de ladite cavité, caractérisé en ce que le résonateur est maintenu par un système de deux coupelles.To this end, it proposes a dielectric resonator filter comprising at least one cylindrical cavity inside which there is a dielectric resonator whose axis of symmetry is collinear with that of said cavity, characterized in that the resonator is maintained by a system of two cups.
Avantageusement ce résonateur est un résonateur cylindrique ayant une position longitudinale symétrique à l'intérieur de la cavité.Advantageously, this resonator is a cylindrical resonator having a symmetrical longitudinal position inside the cavity.
Un tel filtre présente de nombreux avantages, à savoir :
- il permet d'avoir un écart suffisant en fréquence entre le mode HEM1, 2, Δ, par exemple, et les autres modes de façon à obtenir une bande libre de modes parasites assez large,
- il permet de réaliser des filtres à structure plus que bi-modes.Such a filter has many advantages, namely:
it allows a sufficient frequency difference between the HEM mode 1, 2, Δ , for example, and the other modes so as to obtain a fairly wide free band of parasitic modes,
- it allows filters with more than dual-mode structure to be produced.
Plus particulièrement l'invention concerne un filtre à résonateur diélectrique dans lequel :
- le résonateur est tenu par un système à coupelles reposant sur la paroi interne de la cavité sur un petit trottoir d'un côté et à l'aide de quatre vis pointeau en appui sur une partie conique de la coupelle supérieure. Ceci assure le maintien du résonateur en fonction des dilatations différentielles.More particularly, the invention relates to a dielectric resonator filter in which:
- The resonator is held by a cup system resting on the internal wall of the cavity on a small sidewalk on one side and using four needle screws resting on a conical part of the upper cup. This keeps the resonator in operation differential expansions.
Avantageusement, ce système à coupelles peut être réalisé par deux pièces cylindriques :
Advantageously, this cup system can be produced by two cylindrical parts:
- une première pièce se terminant à une première extrémité par une portée conique et à sa seconde extrémité par quatre portées sur le résonateur,
- a first part ending at a first end by a conical bearing and at its second end by four bearing on the resonator,
- une seconde pièce avec une extrémité identique à la première, au niveau du résonateur, et l'autre extrémité une portée simple sur le trottoir sur la cavité.- a second part with one end identical to the first, at the level of the resonator, and the other end a single bearing on the sidewalk on the cavity.
Avantageusement, le système est en matériau diélectrique, la cavité est en aluminium argenté.Advantageously, the system is made of dielectric material, the cavity is of silver aluminum.
De telles caractéristiques permettent :
- d'optimiser le coefficient de surtension (pas de matériau à pertes dans les zones critiques),
- d'obtenir un coefficient de stabilité en température d'environ 1 ppm/°C (ppm ou parties par million), ce qui est compensable en utilisant un résonateur diélectrique à -1 ppm/°C.Such characteristics allow:
- optimize the overvoltage coefficient (no lossy material in critical areas),
- to obtain a temperature stability coefficient of around 1 ppm / ° C (ppm or parts per million), which is compensable by using a dielectric resonator at -1 ppm / ° C.
De plus, dans un tel filtre, on peut utiliser des résonateurs cylindriques sans usinage spécifique, ce système à l'avantage d'être très simple à mettre en oeuvre, ce qui est un avantage industriel important lorsqu'on utilise, par exemple, un nombre élevé de canaux (multiplexeurs).In addition, in such a filter, it is possible to use cylindrical resonators without specific machining, this system having the advantage of being very simple to implement, which is an important industrial advantage when using, for example, a high number of channels (multiplexers).
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 montage du résonateur dans la cavité avec respectivement une vue en perspective en partie déchirée, et une vue partielle éclatée ;
- - la figure 3 illustre le procédé de montage utilisé pour appliquer la précontrainte ;
- - la figure 4 représente une courbe de réponse d'une réalisation particulière du filtre selon l'invention.
- - Figures 1 and 2 illustrate the mounting of the resonator in the cavity with respectively a partially torn perspective view, and a partial exploded view;
- - Figure 3 illustrates the mounting method used to apply the prestress;
- - Figure 4 shows a response curve of a particular embodiment of the filter according to the invention.
Comme représenté sur les figures 1 et 2, le filtre résonateur selon l'invention est formé d'une cavité cylindrique 10 à l'intérieur de laquelle se trouve un résonateur diélectrique 11, par exemple de forme cylindrique, dont l'axe de symétrie Δ est colinéaire avec celui de ladite cavité 10. Ce résonateur 11 a, ici, une position symétrique à l'intérieur de la cavité 10. Cette cavité 10 peut d'ailleurs être fermée, si nécessaire, par deux iris.As shown in FIGS. 1 and 2, the resonator filter according to the invention is formed by a
Le résonateur 11 est tenu dans la cavité 10 par un système à coupelles alvéolées 15 et 16. Comme représenté sur la figure 1, la première coupelle 15 est montée en appui sur un trottoir 12 réalisé dans la paroi interne de la cavité 10 ; les portées de cette coupelle 15 sur ce trottoir 12 de la cavité 10 sont limitées à des ergots 17 dont l'usinage est précis. Le résonateur 11 est placé en appui sur quatre portées 18 réalisée dans la partie intérieure de la coupelle 15 qui le maintiennent dans l'axe Δ de la cavité 10, en une position symétrique.The
La seconde coupelle 16 dont la forme est très proche de celle de la première coupelle 15 possède les mêmes quatre portées 18 au niveau du résonateur 11 ; elle s'en distingue par sa portée conique 19 sur laquelle viennent appuyer des vis pointeau 20 qui traversent la cavité 10 et qui, par leur contact, viennent assurer le maintien du résonateur 11 dans la cavité 10.The
De façon à assurer une position stable du résonateur 11 dans la cavité 10 la compensation des dilatations thermiques des matériaux est assurée par l'élasticité des coupelles 15 et 16, compte tenu du fait qu'une précontrainte leur est appliquée au moment du montage.In order to ensure a stable position of the
Dans le dispositif de l'invention on peut considérer à titre d'exemple l'utilisation de cavités et de dispositifs de réglages en aluminium argenté.In the device of the invention, the use of silver aluminum cavities and adjustment devices can be considered by way of example.
Dans un exemple de réalisation, le filtre de l'invention répond au caractéristiques suivantes :
- le résonateur 11 est tenu par un système à coupelles 15 et 16 dont la contrainte appliquée est déterminée pour tenir des accélérations jusqu'à 30 g et des contraintes thermiques importantes.In an exemplary embodiment, the filter of the invention meets the following characteristics:
- The
Cette précontrainte est appliquée à l'aide de l'outillage, illustré sur la figure 2, qui est formé d'un bâti 27, 28, 29 auquel est fixé un guide 25.This prestress is applied using the tool, illustrated in FIG. 2, which is formed by a
Un doigt 22 transmet un effort donné par un ressort 24, emprisonné dans le guide 25, à la coupelle supérieure 16 par la cale 21. Le ressort est comprimé en fonction du nombre de tours du bras 26. Une calibration de l'outillage donne la correspondance : nombre de tours <-> effort.A
Les vis pointeau 20 sont alors positionnées en appui sur la portée conique 19 de la seconde coupelle 16 avant de relever le doigt 22.The
Dans un exemple de réalisation, les éléments constitutifs du filtre de l'invention ont les dimensions suivantes :
- le résonateur 11 :
. diamètre = 21 mm
. longueur - 5 mm
- la cavité 10 :
. diamètre intérieur = 36 mm
. longueur = 21 mm
- position du résonateur dans la cavité : centrée.
- matériaux utilisés :
. cavité en aluminium
. iris en aluminium
. fixation en diélectrique.In an exemplary embodiment, the constituent elements of the filter of the invention have the following dimensions:
- the resonator 11:
. diameter = 21 mm
. length - 5 mm
- cavity 10:
. inner diameter = 36 mm
. length = 21 mm
- position of the resonator in the cavity: centered.
- used materials :
. aluminum cavity
. aluminum iris
. dielectric fastening.
Plusieurs cavités, selon l'invention, peuvent être mises bout à bout pour réaliser un filtre à n pôles. Ainsi, les caractéristiques définies précédemment permettent, en mettant bout à bout quatre cavités, de réaliser un filtre huit pôles autocorrigé dans la bande 3,7 GHZ/4,2 GHz dont les performances sont données dans la courbe du paramètre de transfert en gain (en décibels) en fonction de la fréquence (en gigahertz) représentée à la figure 3.Several cavities according to the invention can be placed end to end to make an n-pole filter. Thus, the characteristics defined above make it possible, by placing four cavities end to end, to produce a self-corrected eight-pole filter in the 3.7 GHZ / 4.2 GHz band whose performance is given in the curve of the gain transfer parameter ( in decibels) as a function of the frequency (in gigahertz) shown in Figure 3.
Des essais d'endurance appliqués à ce montage ont permis de démontrer sa grande fiabilité (utilisation dans le domaine spatial).Endurance tests applied to this assembly have demonstrated its high reliability (use in the space sector).
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.It is understood that the present invention has only been described and shown as a preferred example and that its constituent elements can be replaced by equivalent elements without departing from the scope of the invention.
Claims (12)
- une première pièce (15) qui se termine à une première extrémité par des ergots (17) en appui sur le trottoir (12) de la cavité et à une seconde extrémité par quatre portées (18) au niveau du résonateur (11) ;
- une seconde pièce (16) se terminant à une première extrémité par une portée interne conique (19) et à sa seconde extrémité par quatre portées (18) au niveau du résonateur (11).6 / Filter according to claim 5, characterized in that the cup system (15, 16) is produced by two cylindrical parts:
- A first part (15) which ends at a first end by lugs (17) bearing on the sidewalk (12) of the cavity and at a second end by four bearing surfaces (18) at the level of the resonator (11);
- A second part (16) ending at a first end by a conical internal bearing (19) and at its second end by four bearing surfaces (18) at the level of the resonator (11).
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