EP1249889B1 - Filtre hyperfréquence à résonateur diélectrique - Google Patents

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EP1249889B1
EP1249889B1 EP02290221A EP02290221A EP1249889B1 EP 1249889 B1 EP1249889 B1 EP 1249889B1 EP 02290221 A EP02290221 A EP 02290221A EP 02290221 A EP02290221 A EP 02290221A EP 1249889 B1 EP1249889 B1 EP 1249889B1
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EP
European Patent Office
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microstrip
filter
lateral
antenna
resonator
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Expired - Lifetime
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EP02290221A
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German (de)
English (en)
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EP1249889A1 (fr
Inventor
Jean-Pierre Harel
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.)
Alcatel Lucent SAS
Original Assignee
Alcatel Lucent SAS
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • H01Q1/246—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for base stations

Definitions

  • the present invention relates to a filter and an antenna comprising such a filter, this antenna being used in particular in a network for mobile phones.
  • a telecommunications antenna transmits and receives radio waves at frequencies specific to a telecommunication system operated by this antenna.
  • an antenna intended for the GSM system (“Global System for Mobile Communications") uses waves whose frequencies are in the band 870-960 MHz.
  • the figure 1 represents an installation that includes a GSM base station, 10, and a GSM antenna, 14.
  • a base station is usually placed on the ground, to facilitate its maintenance, whereas an antenna is generally arranged at a high place - pylon, water tower, etc ... - so as to maximize its transmission and reception coverage. This is why the station 10 is connected to the antenna 14 by means of cables 16 transmitting the radio waves between these two bodies.
  • the waves produced by the station 10 may comprise parasitic frequencies outside the GSM frequency band.
  • a filter 12 is therefore placed between the base station 10 and the antenna 14. This filter 12 processes the waves transmitted by the cables 16 so as to attenuate the waves whose frequency is outside the band operated by the antenna 14.
  • the filter 12 is, for example, of the so-called "air” type, that is to say formed of a hollow chamber with metal walls whose dimensions are such that specific frequency waves attenuate by resonance when their propagation in the enclosure.
  • the location of the filters outside the antennas has many disadvantages.
  • the cables used in these installations have a cost Student. But their use is increased by the location of filters outside the antennas.
  • the manual operations of connecting the cables to the filters entail additional costs and risks of deterioration of these cables and filters.
  • the use of cables between the filters and the antennas deteriorates the waves transmitted by these cables, following transmission losses and external disturbances due in particular to signals radiated by other antennas. These alterations are undesirable, especially for the waves sent to the antenna, because the latter are no longer filtered later.
  • the document US 6201801 describes a single-band antenna in which a filtering device, for transmission or reception, is disposed inside the frame or housing comprising the radiating elements of the antenna.
  • a multiband antenna comprises GSM radiating elements operating the 870-960 MHz band, and radiating elements for the DCS system ("Digital Cellular System"), operating the band 1710-1880 MHz, a GSM filter must be provided. and a DCS filter connected respectively to the GSM radiators and the DCS radiators.
  • the object of the invention is to provide a microwave filter that can be easily incorporated into a multiband antenna.
  • a first subject of the invention is a microwave filter, according to claim 1, comprising at least two dielectric resonators, a microstrip of transmission, and at least one lateral microstrip connected to the transmission microstrip, this lateral microstrip being coupled with at least two dielectric resonators, so as to be resonant with these two dielectric resonators, characterized in that the filtered comprises a plurality of lateral microbands. forming the branches of a sequence of U, two successive U's having a common branch, and a resonator placed between the branches of the U.
  • the filter thus characterized makes it possible to incorporate fibers into the chassis or to the housing of an antenna because the collaboration of at least two resonators with the same microband makes it possible to obtain a more compact filter, with equal performances, compared to a combination of independent filters each having a dielectric resonator collaborating with a single lateral microstrip,
  • the center of a dielectric resonator is equidistant from two branches of a U.
  • the dielectric resonators used have a high relative permittivity, preferably at least 10.
  • the filter may comprise control elements that can be arbitrarily displaced relative to the dielectric resonators so as to modify the respective resonant frequencies of these dielectric resonators.
  • the branches of a lateral microstrip have a length equal to 3 ⁇ m / 4, where ⁇ m is a wavelength to be attenuated.
  • a second object of the invention is a microwave antenna comprising radiating elements and at least one filter located in the same frame or housing, characterized in that it comprises a filter according to one of claims 1 to 7.
  • the antenna comprises a radio protection for the filter.
  • a known filter, with a microstrip and with a single dielectric resonator, is represented on the figure 2 .
  • This filter comprises a so-called transmission microstrip 20 constituting a transmission line for radio waves.
  • a lateral microstrip 22 forms an orthogonal leg having a free end and an end connected to the microstrip 20 at a branch point 23.
  • the side strip 22 has a length of 3 ⁇ 22/4, where ⁇ 22 shows a wavelength propagation of certain waves transmitted by the microstrip 20.
  • the lateral microstrip 22 is arranged to be coupled with a dielectric resonator 24.
  • these microstrips 20 and 22 are made of a conductive material, such as a metal, deposited on an insulating material.
  • the lateral microstrip 22 attenuates 22 ⁇ wavelength of waves transmitted by the microstrip transmission 20 by dissipating energy by a resonance phenomenon at a frequency corresponding to this wavelength ⁇ 22.
  • the center of the dielectric resonator 24 is placed at a distance ⁇ 22/4 of the connection point 23 of the strip 20 and the strip 22.
  • This resonator 24 reduces the wavelength of waves transmitted by ⁇ 22/24 the transmission microband 20, resonating with the lateral microstrip 22 at a frequency corresponding to a wavelength ⁇ 22/24 .
  • This wavelength ⁇ 22/24 is close to ⁇ 22 .
  • differences ( ⁇ 22 - ⁇ 22/24 ) of the order of a few hundredths of a millimeter are observed.
  • Such a filter thus attenuates a narrow range of wavelengths between the wavelengths ⁇ 22 and ⁇ 22/24 .
  • a plurality of such filters should be used. The size of this plurality of filters would then be too large compared to the space available inside the chassis or housing of an antenna.
  • a microstrip filter comprising a transmission microstrip, at least one branch microstrip constituting a branch, and at least two dielectric resonators coupled to the same side microstrip is produced. It can be seen that the range of wavelengths filtered by this single filter is extended, at the cost of an increase in the space requirement which is smaller than if two or more independent filters, each consisting of a resonator, were used. dielectric coupled to a single branch.
  • the figure 3 represents a partial view of the interior of a GSM / DCS multiband antenna, 30, which comprises two filters 32, 34 according to the invention.
  • This antenna 30 comprises radiating elements 40 GSM transmitting and receiving radio waves in the GSM band, and radiating elements 44 DCS performing these same functions in the DCS frequency band.
  • a single radiating element 40 GSM and a single radiating element 44 DCS are shown.
  • the radiating elements 44 DCS and 40 GSM are connected to base stations (not shown) external to the antenna 30.
  • the GSM base station is connected to inputs 48 and 50 of the antenna 30, while the base station DCS base is connected to inputs 46 and 52.
  • each radiating element 40 or 44 whose operation is described for example in the patent US 6,025,798 , is equivalent to two dipoles placed at 90 degrees from each other, each of these dipoles being independent of the other. With such a shift of 90 °, these dipoles ensure proper signal transmission, regardless of the position of a transmitting or receiving antenna with respect to these radiating elements.
  • the input 48 is connected to a filter according to the invention, 32; while the inlet 50 is connected to a filter according to the invention, 34.
  • filters 32 and 34 are inside the frame or housing 70 of the antenna 30.
  • This filter 32 has an input 51 connected to the GSM input, 48, of the antenna.
  • This inlet 51 is constituted by a first end 54 of a transmission microband 56.
  • the other end, 55, of this transmission microstrip 56 is connected, by means not shown to one of the radiating elements GSM, 40.
  • the transmission microstrip 56 is made of a conductive material, for example a metal, disposed on an insulating material. It is connected to three lateral microbands 58, 60 and 62 constituting branches arranged transversely with respect to this microstrip 56, and having the same width and the same nature as the latter. More specifically, a first end of the lateral microstrip 58 is connected to the end 51 of the transmission microstrip 56; a first end of the lateral microstrip 60 is connected to a central portion 61 of the transmission microstrip 56; and a first end of the lateral microstrip 62 is connected to the other end 55 of the microstrip 56. In this embodiment, the second ends of the microstrips 58, 60, 62 are connected to nothing.
  • the resonators 64 and 66 are made in a conventional manner. These are cylinders of ceramics made of alloys containing magnesium, calcium, titanium, barium, zinc, zirconium, or tin. These ceramics have dielectric constants ⁇ r high, that is to say at least equal to 10.
  • the microstrips 58, 60, 62 and the dielectric resonators 64 and 66 have characteristics and are arranged in such a way that certain frequencies are attenuated by a dissipation of energy due to the resonances of the lateral microstrips 58, 60, 62 and resonators. 64 and 66 coupled with these lateral microstrips 58, 60, 62.
  • the lateral microstrip 60 is coupled to both the resonator 64 and the resonator 68.
  • the microstrips 58, 60 and 62 have a length substantially equal to 3 ⁇ m / 4, where ⁇ m represents a wavelength to be attenuated.
  • the microstrip 58 attenuates the waves of wavelength ⁇ m by resonating at the frequency corresponding to this wavelength ⁇ m .
  • the resonator 64 is equidistant from the microstrips 58 and 60, and its center is distant ⁇ m / 4 from the end 51 of the microstrip 56, that is to say from the junction between the microstrip 56 of the transmission and the microstrip. This resonator 64 then resonates at a wavelength ⁇ m / 64 with the microstrip 58. This resonance dissipates the energy of the waves of wavelength ⁇ m / 64 , thereby attenuating them.
  • Lateral microstrip 60 also attenuates resonance waves. However, it is found experimentally that this resonance occurs at a wavelength ⁇ 60 shifted from the wavelength ⁇ m .
  • the resonator 64 is also coupled with the lateral microstrip 60. The resonator 64 then dissipates an energy associated with a wavelength ⁇ 60/64 by resonance, thus attenuating the waves transmitted with this wavelength ⁇ 60 / 64 .
  • the resonator 66 is equidistant from the lateral microstrips 60 and 62. Its center is distant ⁇ m / 4 from the branch 61, that is to say from the junction between the transmission microstrip 56 and the lateral microstrip 60. Its characteristics are chosen such that resonator 66 resonates with the microstrip 60 at a frequency corresponding to a wavelength ⁇ 60/66 . The resonator 66 then dissipates energy associated with a wavelength ⁇ 60/66 by resonance, thereby attenuating the transmitted wave with the wavelength ⁇ 60/66.
  • the waves transmitted by the transmission microstrip 56 are then filtered by the lateral microstrip 62. Indeed, this microstrip 62 attenuates waves transmitted with a wavelength ⁇ 62 by dissipating energy by resonance at this wavelength .
  • the center of the resonator 66 is distant ⁇ m / 4 from the connection point 55 of the lateral microstrip 62.
  • the resonator 66 resonates with the microstrip 62 at a frequency corresponding to another wavelength ⁇ 62/64 .
  • the resonator 66 then dissipates an energy associated with a wavelength ⁇ 62/64 by resonance, thus attenuating the waves transmitted with this wavelength ⁇ 62/64 .
  • the waves transmitted by the transmission microband 56 are attenuated in a series of wavelengths covering an extended band.
  • This filter therefore performs a function equivalent to several filters of known type, that is to say associating a resonator to a single branch microstrip. But, thanks to a reduced number of dielectric resonators, and For even performance, the size of the filter is compatible with the limited space available inside the chassis or antenna housings.
  • the lateral microstrips 58, 60 and 62 have a length of 3 ⁇ m / 4 and their second ends are connected to ground.
  • the centers of the resonators 64 and 66 are arranged to be separated by ⁇ m / 2 from the respective connection points between the transmission microstrip 56 and the lateral microstrips 58, 60, 62 so as to be able to resonate with these microstrips.
  • lateral 58, 60, 62 are the centers of the resonators 64 and 66 to be separated by ⁇ m / 2 from the respective connection points between the transmission microstrip 56 and the lateral microstrips 58, 60, 62 so as to be able to resonate with these microstrips.
  • the filter 32 comprises two adjustment elements 68 located respectively close to the resonators 64 and 66, and modifying a wavelength attenuated by resonance. More specifically, these elements 68 are grounded conductors, which influence the capacitive effect of the resonator. Indeed, the latter can be modeled as a circuit comprising a resistor, an inductor, and a capacitor in parallel on this inductor. Approaching a conductive element 68 of a resonator causes an increase in its capacitive effect and, consequently, a change in the resonant frequency.
  • the filter 32 is protected from radio waves, and in particular the waves emitted by the radiating elements 40 GSM and 44 DCS from the antenna, by a protective cover 31, metallic and covering all the constituent elements. filter 32.
  • the filter 32 Since the filter 32 is close to the radiating elements 40 GSM and 44 DCS, the degradation and losses of the waves transmitted by the links connecting these radiating elements to the filter are less than when the filter is located outside the frame or hood of the antenna.
  • resonators made of materials with high dielectric constants results in an improvement of the rejection, the rejection being better than -20 dB, significantly increased compared to that of the microstrip filters without dielectric resonator, providing a rejection of the order of -5 dB.
  • a microstrip filter coupled with dielectric resonators reaches values of 500 or 1000, while filters without dielectric resonators provide values of 50 to 200.
  • the present invention is capable of many variants.
  • the filters 32 and 34 are placed on the back of the antenna, that is to say behind a metal plane supporting the radiating elements on its front face.

Description

  • La présente invention concerne un filtre et une antenne comportant un tel filtre, cette antenne étant utilisable notamment dans un réseau pour téléphones portables.
  • Une antenne de télécommunications émet et reçoit des ondes radioélectriques suivant des fréquences propres à un système de télécommunication exploité par cette antenne. Ainsi, une antenne destinée au système GSM ("Global System for Mobile Communications") utilise des ondes dont les fréquences sont comprises dans la bande 870-960 MHz.
  • La figure 1 représente une installation qui comprend une station de base GSM, 10, et une antenne GSM, 14. Une station de base est habituellement disposée au sol, pour faciliter son entretien, alors qu'une antenne est généralement disposée en un endroit élevé - pylône, château d'eau, etc... - de façon à maximiser sa couverture d'émission et de réception. C'est pourquoi la station 10 est reliée à l'antenne 14 au moyen de câbles 16 transmettant les ondes radioélectriques entre ces deux organes.
  • Diverses interférences électromagnétiques, par exemple dues à des ondes émises par une autre antenne, détériorent les ondes ainsi transmises. En outre, les ondes produites par la station 10 peuvent comprendre des fréquences parasites extérieures à la bande des fréquences GSM. Un filtre 12 est donc placé entre la station de base 10 et l'antenne 14. Ce filtre 12 traite les ondes transmises par les câbles 16 de façon à atténuer les ondes dont la fréquence est hors de la bande exploitée par l'antenne 14. Le filtre 12 est, par exemple, du type dit "à air", c'est-à-dire formé d'une enceinte creuse à parois métalliques dont les dimensions sont telles que des ondes de fréquences déterminées s'atténuent par résonance lors de leur propagation dans l'enceinte.
  • La localisation des filtres à l'extérieur des antennes présente de nombreux inconvénients. Les câbles utilisés dans ces installations ont un coût élevé. Or leur utilisation est accrue par la localisation de filtres à l'extérieur des antennes. De plus, les opérations manuelles de raccordement des câbles aux filtres entraînent des coûts supplémentaires et des risques de détérioration des ces câbles et des filtres. L'utilisation de câbles entre les filtres et les antennes détériore les ondes transmises par ces câbles, suite aux pertes de transmission et aux perturbations extérieures dues notamment à des signaux rayonnés par d'autres antennes. Ces altérations sont indésirables, notamment pour les ondes envoyées à l'antenne, car ces dernières ne sont plus filtrées par la suite.
  • Le document US-6,201,801 décrit une antenne monobande dans laquelle un dispositif de filtrage, pour l'émission ou la réception, est disposé à l'intérieur du châssis ou boîtier comprenant les éléments rayonnants de l'antenne.
  • Par ailleurs,on connaît des antennes dites multibande, comprenant des éléments rayonnants utilisés respectivement pour différents systèmes de télécommunications. Pour une telle antenne multibande, il est nécessaire de prévoir des filtres, mais la réalisation de filtres incorpores au même châssis ou boîtier que l'antenne est particulièrement délicate à cause de l'encombrement des filtres. Par exemple, dans une antenne multibande comprend des éléments rayonnants GSM exploitant la bande 870-960 MHz, et des élément rayonnants pour le système DCS ("Digital Cellular System"), exploitant la bande 1710-1880 MHz, il faut prévoir un filtre GSM et un filtre DCS connectés respectivement aux éléments rayonnants GSM et aux éléments rayonnants DCS.
  • L'article de KAFEZ et al. intitulé "Dielectric resonators" (ARTECH HOUSE, 1986) décrit un filtre couplé à un circuit extérieur, comprenant des résonateurs diélectriques alignés, chacun des deux résonnateurs d'extrémité collaborant respectivement avec une ligne microbande.
  • Le but de l'invention est de proposer un filtre hyperfréquence qui puisse être incorporé facilement à une antenne multibande.
  • Un premier objet de l'invention est un filtre hyperfréquence, selon la revendication 1, comportant au moins deux résonateurs diélectriques, une microbande de transmission, et au moins une microbande latérale raccordée à la microbande de transmission, cette microbande latérate étant couplée avec ou moins deux résonateurs diélectriques, de façon à pouvoir résonner avec ces deux résonateurs diélectriques, caractérisé en ce que le filtré comprend une pluralité de microbandes latérales formant les branches d'une suite de U, deux U successifs ayant une branche commune, et un résonateur placé entre les branches du U.
  • Le filtre ainsi caractérisé permet d'incorporer des fibres au châssis ou au boîtier d'une antenne parce que la collaboration d'au moins deux résonateurs avec une même microbande permet d'obtenir un filtre plus compact, à performances égales, par rapport à une combinaison de filtres indépendants compot'tant chacun un résonateur diélectrique collaborant avec une seule microbande latérale,
  • Selon un mode de réalisation particulier, le centre d'un résonateur diélectrique est équidistant de deux branches d'un U.
  • Dans une réalisation préférée, les résonateurs diélectriques utilisés ont une permittivité relative élevée, de préférence au moins égale à 10.
  • Avantageusement, le filtre peut comporter des éléments de réglage pouvant être arbitrairement déplacés par rapport aux résonateurs diélectriques de façon à modifier les fréquences de résonance respectives de ces résonateurs diélectriques.
  • Par ailleurs; selon une réalisation préférée, les branches d'une microbande latérale ont une longueur égale à 3λm/4, où λm est une longueur d'onde à atténuer.
  • Un second objet de l'invention est une antenne hyperfréquence comportant des éléments rayonnants et au moins un filtre situé dans un même châssis ou boîtier, caractérisée en ce qu'elle comporte un filtre selon l'une des revendications 1 à 7.
  • Selon un mode de réalisation particulier, l'antenne comporte une protection radioélectrique pour le filtre.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la description de certains de ses modes de réalisation, celle-ci étant effectuée à titre descriptif et non limitatif en se référant aux dessins ci-annexés sur lesquels :
    • la figure 1, déjà décrite, représente une installation d'antenne,
    • la figure 2, représente un filtre de type connu, à microbande et résonateur diélectrique,
    • la figure 3 représente une vue partielle de l'intérieur d'un exemple de réalisation d'antenne, comprenant deux filtres selon l'invention.
  • Un filtre connu, à microbande et à résonateur diélectrique unique, est représenté sur la figure 2 . Ce filtre comprend une microbande dite de transmission 20 constituant une ligne de transmission pour des ondes radioélectriques. Une microbande latérale 22 forme une branche orthogonale ayant une extrémité libre et une extrémité raccordée à cette microbande 20 en un point de branchement 23. La microbande latérale 22 a une longueur de 3λ22/4, où λ22 représente une longueur d'onde de propagation de certaines ondes transmises par la microbande 20. La microbande latérale 22 est disposée de façon à être couplée ave un résonateur diélectrique 24.
  • Pour guider les ondes radioélectriques, ces microbandes 20 et 22 sont constituées d'un matériau conducteur, tel qu'un métal, déposé sur un matériau isolant. La microbande latérale 22 atténue des ondes de longueur d'onde λ22 transmises par la microbande de transmission 20 en dissipant leur énergie par un phénomène de résonance à une fréquence correspondant à cette longueur d'onde λ22.
  • Par ailleurs, le centre du résonateur diélectrique 24 est placé à une distance λ22/4 du point de raccordement 23 de la microbande 20 et de la microbande 22. Ce résonateur 24 atténue des ondes de longueur d'onde λ22/24 transmises par la microbande de transmission 20, en résonnant avec la microbande latérale 22 à une fréquence correspondant à une longueur d'onde λ22/24.
  • Cette longueur d'onde λ22/24 est proche de λ22. Par exemple, pour des longueurs d'ondes de l'ordre de 1 millimètre, on observe des différences (λ22 - λ22/24) de l'ordre de quelques centièmes de millimètres. Un tel filtre atténue donc une gamme étroite de longueurs d'ondes comprises entre les longueurs d'ondes λ22 et λ22/24. Pour atténuer une gamme plus large de longueurs d'ondes, avec ce type de filtre, une pluralité de tels filtres devrait être utilisée. La taille de cette pluralité de filtres serait alors trop importante par rapport à l'espace disponible à l'intérieur du châssis ou boîtier d'une antenne.
  • Selon l'invention, on réalise un filtre à microbandes comprenant une microbande de transmission, au moins une microbande latérale constituant une branche, et au moins deux résonateurs diélectriques couplés à une même microbande latérale. On constate alors que la gamme des longueurs d'ondes filtrées par ce seul filtre est étendue, au prix d'une augmentation de l'encombrement qui est plus faible que si on utilisait deux ou plus de deux filtres indépendants constitués chacun d'un résonateur diélectrique couplé à une seule branche.
  • La figure 3 représente une vue partielle de l'intérieur d'une antenne multibande GSM/DCS, 30, qui comprend deux filtres 32, 34 selon l'invention. Cette antenne 30 comprend des éléments rayonnants 40 GSM émettant et recevant des ondes radioélectriques dans la bande GSM, et des éléments rayonnants 44 DCS effectuant ces mêmes fonctions dans la bande des fréquences DCS. Sur la figure 3, un seul élément rayonnant 40 GSM et un seul élément rayonnant 44 DCS sont représentés. Les éléments rayonnants 44 DCS et 40 GSM sont reliés à des stations de base (non montrés) extérieures à l'antenne 30. La station de base GSM est connectée à des entrées 48 et 50 de l'antenne 30, tandis que la station de base DCS est reliée à des entrées 46 et 52.
  • L'utilisation de deux entrées d'alimentation pour un même dispositif d'éléments rayonnants est due à la nature des éléments rayonnants utilisés. En effet, chaque élément rayonnant 40 ou 44, dont le fonctionnement est décrit par exemple dans le brevet US 6.025.798 , est équivalent à deux dipôles placés à 90 degrés l'un de l'autre, chacun de ces dipôles étant indépendant de l'autre. Grâce à un tel décalage de 90°, ces dipôles assurent une transmission convenable de signaux, quelle que soit la position d'une antenne émettrice ou réceptrice par rapport à ces éléments rayonnants.
  • Pour filtrer les ondes transmises entre la station de base GSM et les éléments rayonnants 40, l'entrée 48 est reliée à un filtre selon l'invention, 32 ; tandis que l'entrée 50 est reliée à un filtre selon l'invention, 34. Ces filtres 32 et 34 sont à l'intérieur du châssis ou boîtier 70 de l'antenne 30.
  • Les filtres 32 et 34 étant identiques, seule la description du filtre 32 est effectuée ci-dessous. Ce filtre 32 a une entrée 51 reliée à l'entrée GSM, 48, de l'antenne. Cette entrée 51 est constituée par une première extrémité 54 d'une microbande de transmission 56. L'autre extrémité, 55, de cette microbande de transmission 56 est reliée, par des moyens non représentés à l'un des éléments rayonnants GSM, 40.
  • La microbande de transmission 56 est constituée d'un matériau conducteur, par exemple un métal, disposé sur un matériau isolant. Elle est reliée à trois microbandes latérales 58, 60 et 62 constituant des branches disposées transversalement par rapport à cette microbande 56, et ayant la même largeur et la même nature que cette dernière. Plus précisément, une première extrémité de la microbande latérale 58 est raccordée à l'extrémité 51 de la microbande de transmission 56; une première extrémité de la microbande latérale 60 est raccordée à une partie centrale 61 de la microbande de transmission 56 ; et une première extrémité de la microbande latérale 62 est raccordée à l'autre extrémité 55 de la microbande 56. Dans cet exemple de réalisation, les secondes extrémités des microbandes 58, 60, 62 ne sont raccordées à rien.
  • Les résonateurs 64 et 66 sont réalisés de manière classique. Ce sont des cylindres de céramiques constituées d' alliages contenant du magnésium, du calcium, du titane, du baryum, du zinc, du zirconium, ou de l'étain. Ces céramique ont des constantes diélectriques εr élevées, c'est-à-dire au moins égales à 10.
  • Les microbandes 58, 60, 62, et les résonateurs diélectriques 64 et 66, ont des caractéristiques et sont disposés de façon telle que certaines fréquences sont atténuées par une dissipation d'énergie due aux résonances des microbandes latérales 58, 60, 62 et des résonateurs 64 et 66 couplés avec ces microbandes latérales 58, 60 , 62. En particulier, la microbande latérale 60 est couplée à la fois avec le résonateur 64 et avec le résonateur 68.
  • Dans cet exemple de réalisation, les microbandes 58, 60 et 62 ont une longueur sensiblement égale à 3λm/4, où λm représente une longueur d'onde à atténuer.
  • La microbande 58 atténue les ondes de longueurs d'onde λm en résonnant à la fréquence correspondant à cette longueur d'onde λm.
  • Le résonateur 64 est équidistant des microbandes 58 et 60, et son centre est distant de λm/4 de l'extrémité 51 de la microbande 56, c'est-à-dire de la jonction entre la microbande 56 de transmission et la microbande latérale 58. Ce résonateur 64 résonne alors suivant une longueur d'onde λm/64 avec la microbande 58. Cette résonance dissipe l'énergie des ondes de longueur d'onde λm/64, atténuant ainsi ces dernières.
  • La microbande latérale 60 atténue aussi des ondes par résonance. Toutefois, on constate expérimentalement que cette résonance s'effectue à une longueur d'onde λ60 décalée de la longueur d'onde λm. En outre, le résonateur 64 est aussi couplé avec la microbande latérale 60. Le résonateur 64 dissipe alors une énergie associée à une longueur d'onde λ60/64 par résonance, atténuant ainsi les ondes transmises avec cette longueur d'onde λ60/64.
  • Le résonateur 66 est équidistant des microbandes latérales 60 et 62. Son centre est distant de λm/4 du branchement 61, c'est-à-dire de la jonction entre la microbande 56 de transmission et la microbande latérale 60. Ses caractéristiques sont choisies telles que ce résonateur 66 résonne avec la microbande 60 à une fréquence correspondant à une longueur d'onde λ60/66. Le résonateur 66 dissipe alors une énergie associée à une longueur d'onde λ60/66 par résonance, atténuant ainsi les ondes transmises avec cette longueur d'onde λ60/66.
  • Les ondes transmises par la microbande de transmission 56 sont ensuite filtrées par la microbande latérale 62. En effet, cette microbande 62 atténue des ondes transmises avec une longueur d'onde λ62 en dissipant de l'énergie par résonance à cette longueur d'onde.
  • En outre, le centre du résonateur 66 est distant de λm/4 du point de branchement 55 de la microbande latérale 62. Le résonateur 66 résonne avec la microbande 62 à une fréquence correspondant à une autre longueur d'onde λ62/64. Le résonateur 66 dissipe alors une énergie associée à une longueur d'onde λ62/64 par résonance, atténuant ainsi les ondes transmises avec cette longueur d'onde λ62/64.
  • Ainsi les ondes transmises par la microbande de transmission 56 sont atténuées suivant une série de longueurs d'ondes couvrant une bande étendue.
  • De façon expérimentale, on observe qu'une bande de fréquences d'une largeur relative comprise entre 1 et 5 % de la fréquence centrale est atténuée, la largeur relative d'une bande étant définie par : λ max - λ min / λ max + λ min / 2
    Figure imgb0001
    où λmax représente la plus grande longueur d'onde atténuée et λmin est la plus petite longueur d'onde atténuée, à - 3 dB d'atténuation.
  • Ce filtre effectue donc une fonction équivalente à plusieurs filtres à de type connu, c'est-à-dire associant un résonateur à une seule microbande de branchement. Mais, grâce à un nombre réduit de résonateurs diélectriques, et de branches, pour des performances égales, la taille du filtre est compatible avec l'espace restreint disponible à l'intérieur des châssis ou boîtiers d'antennes.
  • Dans une variante non représentée, les microbandes latérales 58, 60 et 62 ont une longueur de 3λm/4 et leurs secondes extrémités sont reliées à la masse. Dans ce cas, les centres des résonateurs 64 et 66 sont disposés de façon à être distants de λm/2 des points de branchement respectifs entre la microbande de transmission 56 et les microbandes latérales 58, 60, 62, pour pouvoir résonner avec ces microbandes latérales 58, 60, 62.
  • Pour permettre d'adapter le filtrage du filtre 32 à différentes longueurs d'onde, le filtre 32 comprend deux éléments de réglage 68 situés respectivement à proximité des résonateurs 64 et 66, et modifiant une longueur d'onde atténuée par résonance. Plus précisément, ces éléments 68 sont des conducteurs reliés à la masse, et qui influent sur l'effet capacitif du résonateur. En effet, ce dernier peut être modélisé comme un circuit comportant une résistance, une inductance, et un condensateur en parallèle sur cette inductance. Approcher un élément conducteur 68 d'un résonateur provoque une augmentation de son effet capacitif et, en conséquence, une modification de la fréquence de résonance.
  • Dans cet exemple de réalisation, le filtre 32 est protégé des ondes radioélectriques, et notamment des ondes émises par les éléments rayonnants 40 GSM et 44 DCS de l'antenne, par un capot de protection 31, métallique et recouvrant l'ensemble des éléments constitutifs du filtre 32.
  • Le filtre 32 étant proche des éléments rayonnants 40 GSM et 44 DCS, la dégradation et les pertes des ondes transmises par les liaisons reliant ces éléments rayonnants au filtre sont moindres que lorsque le filtre est situé à l'extérieur du châssis ou capot de l'antenne.
  • L'utilisation de résonateurs constitués de matériaux ayant des constantes diélectriques élevées engendre une amélioration de la réjection, la réjection pouvant être meilleure que -20 dB, nettement accrue par rapport à celle des filtres à microbandes sans résonateur diélectrique, procurant une réjection de l'ordre de -5 dB.
  • En termes de facteur de qualité Q, un filtre à microbandes couplées avec des résonateurs diélectriques atteint des valeurs de 500 ou 1000, tandis que des filtres sans résonateurs diélectriques procurent des valeurs de 50 à 200.
  • Ces atténuations élevées sont particulièrement utiles dans le cas de systèmes de télécommunications fonctionnant suivant des bandes de fréquence proches. En effet, dans ce cas, les éléments rayonnants utilisant une première bande de fréquence détériorent les transmissions effectuées suivant une deuxième bande voisine de cette première bande, et réciproquement. Cette situation se présente par exemple quand on prévoit simultanément des transmissions DCS (exploitant la bande 1710-1880 MHz) et UMTS ("Universal Mobile Telecommunication System" utilisant la bande de fréquences 1910-2100 MHz).
  • La présente invention est susceptible de nombreuses variantes. Ainsi, dans une variante non représentée, les filtres 32 et 34 sont placés au dos de l'antenne, c'est-à-dire derrière un plan métallique supportant les éléments rayonnants sur sa face avant.

Claims (8)

  1. Filtre hyperfréquence (32) comportant au moins deux résonateurs diélectriques (64, 66), une microbande de transmission (56), et au moins trois microbandes latérales (58, 60, 62) raccordées à la microbande de transmission, et dont au moins une de ces microbandes latérales (60) étant couplée avec au moins deux des dits résonateurs diélectriques (64, 66) de façon à pouvoir résonner avec ces deux résonateurs diélectriques, les dites microbandes latérales (58, 60, 62) forment les branches d'une suite de U, deux U successifs ayant une branche commune, et un et un seul résonateur étant placé entre les branches de chaque U.
  2. Filtre selon la revendication 1, dans lequel le centre de chaque résonateur diélectrique est équidistant de deux branches (58, 60, 62) d'un U.
  3. Filtre selon la revendication 1, dans lequel chaque résonateur diélectrique a une permittivité relative élevée, au moins égale à 10.
  4. Filtre selon la revendication 1, comportant en outre des éléments de réglage (68) pouvant être arbitrairement déplacés par rapport aux résonateurs diélectriques (64, 66) de façon à modifier les fréquences de résonance respectives de ces résonateurs diélectriques.
  5. Filtre selon la revendication 1 dans lequel chaque microbande latérale (58, 60, 62) a une longueur sensiblement égale à 3λm/4, où λm représente une longueur d'onde à atténuer.
  6. Antenne hyperfréquence (30) comportant des éléments rayonnants (40 ,44) et au moins un filtre (55 à 66) situé dans un même châssis ou boîtier (70), et comportant en outre un filtre (32) selon l'une des revendications 1 à 5.
  7. Antenne selon la revendication 6, comportant une protection radioélectrique (31) pour le fïltre.
  8. Antenne selon la revendication 6, comprenant des éléments rayonnants (40 ; 44) travaillant dans des bandes de fréquences différentes.
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