EP1199768A1 - Filtre en guide d'onde - Google Patents

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EP1199768A1
EP1199768A1 EP01123567A EP01123567A EP1199768A1 EP 1199768 A1 EP1199768 A1 EP 1199768A1 EP 01123567 A EP01123567 A EP 01123567A EP 01123567 A EP01123567 A EP 01123567A EP 1199768 A1 EP1199768 A1 EP 1199768A1
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EP
European Patent Office
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filter
washers
cylinder
base
support
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01123567A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Charline Guguen
Gérard Haquet
Corinne Nicolas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
THOMSON LICENSING
Original Assignee
Thomson Licensing SAS
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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
    • H01P1/208—Cascaded cavities; Cascaded resonators inside a hollow waveguide structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P11/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing waveguides or resonators, lines, or other devices of the waveguide type
    • H01P11/007—Manufacturing frequency-selective devices

Definitions

  • the invention relates to a waveguide filter for circuits working in microwave.
  • broadband wireless networks it is known to use higher and higher frequencies in order to allow the transmission of broadband applications such as video.
  • These networks have also intended to allow data exchanges between at least a base station (access providers) and a plurality of stations users; networks commonly called point-to-multipoint.
  • MPT-1560-RA provides for frequencies between 40.5 and 42.5 GHz.
  • Waveguide filters work on the electromagnetic wave received before it is transformed into an electrical signal.
  • the function of filtering is ensured by the shape of the structure.
  • the filter size is proportional to the wavelength, the length of the cavities being equal to the half the wavelength.
  • a technique for manufacturing a waveguide filter consists of make two shells, each corresponding to half of the cut filter according to a plane passing through its central axis and then to bring the two together shells.
  • the making a filter in two shells with such precision achieves a cost too large to be integrated into a large product public.
  • documents GB-A-0 731 498 and DE-A-35 12 936 disclose waveguide filter devices as shown in the figure 1.
  • the filter consists of a plurality of washers 2 and 3 held in a support 1.
  • a first type of washer 3 defines the sizes of the filter cavities, and a second type of washer 2 defines the separations cavities.
  • the electrical tightness of such a filter is difficult to achieve when the number of washers is important.
  • the invention proposes a waveguide filter of low structure expensive.
  • the filter of the invention is composed of a plurality of washers held in a square, rectangular or circular base cylinder.
  • volume generated, on the one hand by a straight line which moves parallel to a fixed direction based on a curve fixed plane, and, on the other hand, two parallel planes cutting the straight lines generators, the projection of the plane curve on one of the planes according to the fixed direction corresponding to the base of the cylinder.
  • Each washer defines a iris and a cavity, which reduces the number of electrical contacts.
  • the different component parts of the filter happen to be simple and therefore little expensive, while ensuring good conductivity due to a number of more reduced contacts than in the prior art.
  • the invention is a waveguide filter which includes a support comprising a cavity, the cavity being a basic cylinder any, and a plurality of washers whose external shape corresponds to the base of the cylinder, each washer comprising at least one chambering whose depth corresponds to the length of a cavity, the end of the recess being provided with at least one coupling hole.
  • the filter thus produced has another advantage of requiring no adjustment during assembly.
  • At least one washer with a recess whose depth corresponds to the length of a filter cavity At least one washer with a recess whose depth corresponds to the length of a filter cavity.
  • Such a washer defines a cavity having of a separation wall, the other separation wall being produced by another washer.
  • FIG. 2 represents a first preferred embodiment of waveguide filter in side view and front view according to section A-A.
  • the filter comprises a support 1 which is crossed by a cavity.
  • the cavity is a circular base cylinder in the example of Figure 2.
  • a plurality of washers 4 whose external shape corresponds to the base of the cylinder are placed inside the support 1.
  • Figure 3 shows a washer 4 in partial cut.
  • the washers 4 which have a recess of which the depth corresponds to the length of a filter cavity.
  • the profile of recess corresponds to the profile of the waveguide.
  • the washers are from simple shape which allows relatively low machining costs despite the required precision.
  • a hole 10 is made at the end of the chambering in order to achieve coupling between the filter cavities.
  • the washers 4 are either made of a conductive material, or made of a non-conductive material covered with a conductive layer.
  • the washers 4 are made of a metal or an alloy metallic not very sensitive to temperature variations
  • Figures 4a to 4d represent different means used.
  • the first way to blocking 5 shown in Figure 4a consists of a flange 5 which serves washer washer 4.
  • the collar 5 can only be used on one end of the support 1.
  • a second means may consist of a plug 6 as shown in Figures 4b, 4c and 4d.
  • the cap can be glued (fig. 4b and 4c) or screwed (fig. 4d) on the support 1 if a thread 7 is made on said support 1.
  • the plug 6 can also be provided with fixing means 9, for example holes, which allow the filter to be attached to another device such as another waveguide circuit or antenna horn.
  • the embodiments described above relate to a waveguide filter using a circular base cylinder.
  • the base circular allows a very low machining cost, the parts being mainly made by filming.
  • the circular base cylinders do not allow to realize all types of waveguide filters.
  • other filter structures holding cylinder which includes washers to define the cavities of the filter are quite possible.
  • the holding cylinder may have a square or rectangular base, the support cavity then being machined by pinout.
  • Figures 5a, 5b, 5c and 5d illustrate basic washers square.
  • Figures 5a and 5b illustrate a square base washer which has a square section recess with a square hole. Such a washer is made for example by stamping and punching.
  • the FIGS. 5c and 5d illustrate polarized filter washers whose transfer characteristics vary depending on the polarization of the waves passing through said filter.
  • the washer in Figure 5c has a hole rectangular made by punching in order to favor a polarity particular in transmission.
  • the washer in Figure 5d has a hole in it almost all of the waveguide section except for two tabs filtering on a particular polarity, the hole being also by punching.
  • a first possibility consists in making a groove in a circular base cylinder and a groove on the periphery of each washer. During assembly, adds a key to maintain the angular position of the washers in the cylinder.
  • FIG. 6a, 6b, 6c and 6d illustrate square base guide washers circular wave, said washers performing functions similar to washers of Figures 5a, 5b, 5c and 5d.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

L'invention propose de réduire les coûts des filtres en guide d'onde, notamment pour les filtres travaillant dans les ondes millimétrique qui nécessitent une grande précision. Le filtre de l'invention est composé d'une pluralité de rondelles 2, 3 maintenues dans le cylindre d'un support 1. Les différentes pièces constituantes du filtre se trouvent très simplifiées ce qui permet de réduire les coûts de production tout en ayant une bonne précision. <IMAGE>

Description

L'invention se rapporte à un filtre en guide d'onde pour circuits travaillant dans les hyperfréquences.
Dans le cadre des réseaux sans fil à large bande passante, il est connu d'utiliser des fréquences de plus en plus élevées afin de permettre la transmission d'applications à haut débit comme la vidéo. Ces réseaux ont également pour but de permettre des échanges de données entre au moins une station de base (fournisseurs d'accès) et une pluralité de stations utilisateurs ; réseaux communément appelés point-multipoints. Actuellement, la norme MPT-1560-RA prévoit d'utiliser des fréquences situées entre 40,5 et 42, 5 GHz.
Pour réaliser des communications bidirectionnelles de type full-duplex il est connu d'attribuer des fréquences différentes pour l'émission et la réception. Cependant, il est nécessaire d'avoir recours à des dispositifs de filtrage performants pour séparer les signaux d'émission et de réception, l'émission brouillant la réception. Pour répondre aux contraintes de filtrage (hyperfréquences, bande passante large, réjection importante hors de la bande passante), il est connu d'avoir recours à des filtres à cavités couplées par des discontinuités, communément appelés filtres en guide d'onde.
Les filtres en guide d'onde travaillent sur l'onde électromagnétique reçue avant que celle-ci soit transformée en signal électrique. La fonction de filtrage est assurée par la forme de la structure. La taille du filtre est proportionnelle à la longueur d'onde, la longueur des cavités étant égale à la moitié de la longueur d'onde.
Une technique de fabrication de filtre en guide d'onde consiste à réaliser deux coquilles correspondant chacune à la moitié du filtre coupé selon un plan passant par son axe central puis à rassembler les deux coquilles. Pour travailler avec des ondes millimétriques, il est nécessaire d'avoir une précision importante, inférieure à 50 µm sur le filtre fini. La réalisation de filtre en deux coquilles avec une telle précision atteint un coût de production trop important pour pouvoir être intégré dans un produit grand public. Il existe d'autres techniques notamment avec des vis de réglage pour compenser les dérives des tolérances dont les coûts de fabrication sont également importants.
Par ailleurs, les documents GB-A-0 731 498 et DE-A-35 12 936 dévoilent des dispositifs de filtre en guide d'onde tel que représenté sur la figure 1. Le filtre est constitué d'une pluralité de rondelles 2 et 3 maintenues dans un support 1. Un premier type de rondelle 3 définit les tailles des cavités du filtre, et un deuxième type de rondelle 2 définit les séparations des cavités. L'étanchéité électrique d'un tel filtre est difficile à réaliser lorsque le nombre de rondelles est important.
L'invention propose un filtre en guide d'onde de structure peu coûteuse. Le filtre de l'invention est composé d'une pluralité de rondelles maintenues dans un cylindre de base carrée, rectangulaire ou circulaire. Par cylindre, l'homme du métier doit comprendre, dans ce présent document la définition mathématique : volume généré, d'une part, par une droite qui se déplace parallèlement à une direction fixe en s'appuyant sur une courbe plane fixe, et, d'autre part, deux plans parallèles coupant les droites génératrices, la projection de la courbe plane sur un des plans selon la direction fixe correspondant à la base du cylindre. Chaque rondelle définit un iris et une cavité, ce qui réduit le nombre de contacts électriques. Les différentes pièces constituantes du filtre se trouvent être simples et donc peu coûteuses, tout en assurant une bonne conductivité due à un nombre de contacts plus réduit que dans l'état de la technique.
Ainsi, l'invention est un filtre en guide d'onde qui comporte un support comportant une cavité, la cavité étant un cylindre de base quelconque, et une pluralité de rondelles dont la forme extérieure correspond à la base du cylindre, chaque rondelle comportant au moins un chambrage dont la profondeur correspond à la longueur d'une cavité, l'extrémité du chambrage étant muni d'au moins un trou de couplage. Le filtre ainsi réalisé présente comme autre avantage de nécessiter aucun réglage lors du montage.
Pour améliorer l'étanchéité du filtre, on peut utiliser au moins une rondelle comportant un chambrage dont la profondeur correspond à la longueur d'une cavité du filtre. Une telle rondelle définit une cavité disposant d'un mur de séparation, l'autre mur de séparation étant réalisé par une autre rondelle.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres particularités et avantages apparaítront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels :
  • la figure 1 représente un premier mode de réalisation d'un filtre en guide d'onde selon l'état de la technique,
  • la figure 2 représente un deuxième mode de réalisation d'un filtre en guide d'onde selon l'invention,
  • la figure 3 représente une rondelle en coupe partielle telle qu'utilisée dans le filtre de la figure 2
  • les figures 4a à 4d représentent différentes possibilités d'extrémités du support utilisées pour le filtre de la figure 2,
  • les figures 5a à 5d représentent des variantes de rondelles pour cylindre de base carrée, et
  • les figures 6a à 6d représentent des variantes de rondelles pour cylindre de base carrée avec guide d'onde circulaire.
    • La figure 2 représente un premier mode de réalisation préféré de filtre en guide d'onde en vue de coté et en vue de face selon la coupe A-A. Le filtre comporte un support 1 qui est traversé par une cavité. La cavité est un cylindre de base circulaire dans l'exemple de la figure 2. Une pluralité de rondelles 4 dont la forme extérieure correspond à la base du cylindre sont placées à l'intérieur du support 1. La figure 3 représente une rondelle 4 en coupe partielle. Les rondelles 4 qui comportent un chambrage dont la profondeur correspond à la longueur d'une cavité du filtre. Le profil du chambrage correspond au profil du guide d'onde. Les rondelles sont de forme simple ce qui permet d'avoir des coûts d'usinage relativement bas malgré la précision requise. Un trou 10 est pratiqué à l'extrémité du chambrage afin de réaliser le couplage entre les cavités du filtre. Les rondelles 4 sont soit réalisées en un matériau conducteur, soit réalisées en un matériau non-conducteur recouvert d'une couche conductrice. Préférentiellement, les rondelles 4 sont réalisées dans un métal ou un alliage métallique peu sensible aux variations de température
    Pour déterminer la taille des différentes rondelles 4, on effectue un calcul de filtre en guide d'onde de type classique et on reporte les différentes dimensions sur les différentes rondelles. Pour calculer les dimension du filtre, l'homme du métier peut se reporter au livre intitulé « Microwave filters, impedance-matching networks, and coupling structures » de George L. MATTHAEI, Leo YOUNG and E. M. T JONES, publié par ARTECH HOUSE BOOKS en 1980.
    L'étanchéité électrique du filtre se fait par contact entre les différentes rondelles, ce qui demande un bon état de surface, par exemple un écart moyen de rugosité Ra = 0,8 µm. Le fait d'utiliser moins de rondelles que dans l'état de la technique diminue le nombre de contacts électriques et donc améliore l'étanchéité électrique. Afin d'améliorer l'étanchéité électrique, il est préférable que le support 1 soit également conducteur.
    Afin d'assurer le maintien des rondelles 4 dans le support 1, il convient de munir le support 1 de moyens de blocage. Les figures 4a à 4d représentent différents moyens mis en oeuvre. Le premier moyen de blocage 5 représenté sur la figure 4a consiste en une collerette 5 qui sert de butée aux rondelles 4. La collerette 5 ne peut être utilisée que sur une seule extrémité du support 1. Un deuxième moyen peut consister en un bouchon 6 comme montré sur les figures 4b, 4c et 4d. Le bouchon peut être collé (fig. 4b et 4c) ou vissé (fig. 4d) sur le support 1 si l'on réalise un pas de vis 7 sur ledit support 1. Le bouchon 6 peut également être muni de moyen de fixation 9, par exemple des trous, qui permettent de fixer le filtre à un autre dispositif tel qu'un autre circuit en guide d'onde ou un cornet d'antenne.
    Les modes de réalisation précédemment décrits concernent un filtre en guide d'onde utilisant un cylindre de base circulaire. La base circulaire permet d'avoir un coût d'usinage très faible, les pièces étant réalisées essentiellement par tournage.
    Les cylindres de base circulaire ne permettent par de réaliser tous les types de filtre en guide d'onde. Par contre, d'autres structures de filtre à cylindre de maintien qui comporte des rondelles pour définir les cavités du filtre sont tout à fait envisageables. Le cylindre de maintien peut avoir une base carrée ou rectangulaire, la cavité du support étant alors usinée par brochage.
    Les figures 5a, 5b, 5c et 5d illustrent des rondelles de base carrée. Les figures 5a et 5b illustrent une rondelle de base carrée qui comporte un chambrage de section carrée avec un trou carré. Une telle rondelle est réalisée par exemple par emboutissage et poinçonnage. Les figures 5c et 5d illustrent des rondelles de filtre polarisé dont les caractéristiques de transfert varient en fonction de la polarisation des ondes traversant ledit filtre. La rondelle de la figure 5c comporte un trou rectangulaire réalisé par poinçonnage afin de privilégier une polarité particulière en transmission. La rondelle de la figure 5d comporte un trou sur la quasi-totalité du de la section du guide d'onde à l'exception de deux languettes effectuant un filtrage sur une polarité particulière, le trou étant également réalisé par poinçonnage.
    Bien que plus complexes à réaliser que les filtres utilisant des cylindres de base circulaire, les filtres à cylindre de base carrée agissant sur la polarité de l'onde sont beaucoup moins coûteux que les filtres réalisés selon l'état de la technique. Bien évidemment, l'homme du métier peut adapter la forme des trous pratiqués dans les rondelles aux types de filtrage souhaités. Pour obtenir des formes de trou différentes, l'homme du métier se reportera à la littérature qui concerne le calcul des filtres en guide d'onde.
    Si l'homme du métier préfère conserver un guide d'onde circulaire tout en réalisant un filtrage variant en fonction de la polarité de l'onde, plusieurs possibilités d'adaptation sont envisageables. Une première possibilité consiste à réaliser une rainure dans un cylindre de base circulaire et une rainure sur la périphérie de chaque rondelle. Lors du montage, on ajoute une clavette pour assurer le maintien en position angulaire des rondelles dans le cylindre.
    Une autre solution consiste à utiliser un cylindre de base carrée avec des rondelles de base carrée dont le chambrage est circulaire, le chambrage étant alors réalisé par fraisage et les trous par poinçonnage. Les figures 6a, 6b, 6c et 6d illustrent des rondelles de base carrée à guide d'onde circulaire, lesdites rondelles réalisant des fonctions similaires aux rondelles des figures 5a, 5b, 5c et 5d.

    Claims (7)

    1. Filtre en guide d'onde qui comporte :
      un support (1) qui comporte une cavité, la cavité étant un cylindre de base quelconque,
      une pluralité de rondelles (2, 3, 4) dont la forme extérieure correspond à la base du cylindre, chaque rondelle comportant au moins un chambrage dont la profondeur correspond à la longueur d'une cavité, l'extrémité du chambrage étant muni d'au moins un trou de couplage.
    2. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la base du cylindre est un cercle.
    3. Filtre selon la revendication 2, caractérisé en ce que le support (1) comporte, à au moins une extrémité, un pas de vis (7) pour recevoir un capot de fixation (6).
    4. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la base du cylindre est un rectangle.
    5. Filtre selon la revendication 4, caractérisé en ce que la base du cylindre est un carré.
    6. Filtre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support (1) est réalisé en un matériau conducteur.
    7. Filtre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les rondelles (2, 3, 4) sont réalisées dans un métal ou un alliage métallique.
    EP01123567A 2000-10-18 2001-10-01 Filtre en guide d'onde Withdrawn EP1199768A1 (fr)

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    FR0013582A FR2815475B1 (fr) 2000-10-18 2000-10-18 Filtre en guide d'onde
    FR0013582 2000-10-18

    Publications (1)

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