EP1451891A1 - Filtre hyperfrequence quadri-modes en guide d'ondes et possedant des zeros de transmission - Google Patents

Filtre hyperfrequence quadri-modes en guide d'ondes et possedant des zeros de transmission

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Publication number
EP1451891A1
EP1451891A1 EP02803825A EP02803825A EP1451891A1 EP 1451891 A1 EP1451891 A1 EP 1451891A1 EP 02803825 A EP02803825 A EP 02803825A EP 02803825 A EP02803825 A EP 02803825A EP 1451891 A1 EP1451891 A1 EP 1451891A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
irises
filter
microwave filter
dimensions
input
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02803825A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Serge Vigneron
Yannick Latouche
Pierre Jarry
Eric Kerherve
Jean-Marie Pham
Nicolas Boutheiller
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 CIT SA
Alcatel SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alcatel CIT SA, Alcatel SA filed Critical Alcatel CIT SA
Publication of EP1451891A1 publication Critical patent/EP1451891A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H01P1/2082—Cascaded cavities; Cascaded resonators inside a hollow waveguide structure with multimode resonators

Definitions

  • the invention relates to a multimode microwave filter comprising at least one resonant cavity as well as input-output means, and microwave energy coupling means enabling the different resonance modes to be excited inside the resonant cavity.
  • a filter finds its utility in particular at the output of a power amplification stage, in radio transmission equipment for example. For certain applications, it is sought to produce a filter with a relatively wide passband, very selective, and with low losses in the useful band.
  • a multimode filter also comprises means for coupling energy between modes, these means being most often adjustable so as to adjust the transfer of energy between said modes. Also conventionally, there are provided adjustable frequency tuning means of the resonant cavity. These two tuning and coupling functions are often performed using screws, pistons, or other tuning mechanisms or variable adjustment.
  • a disadvantage of these conventional means is precisely their adjustment, often delicate, which requires a lot of time in the factory and which therefore costs o expensive.
  • FIG. 1 Such a filter known from the prior art is shown in FIG. 1.
  • This waveguide filter 19 does not have transmission zeros. Consequently, it is necessary to generate a large number of poles in order to obtain the desired selectivity, that is to say the rejection of the frequencies outside the 5 transmission band of the filter.
  • the disadvantage is that the high number of poles considerably increases the insertion losses.
  • the filter of FIG. 1 is produced over a length of waveguide 19 with its inlet 9 and outlet 11 flanges. A large number of cylindrical bars or rods 13 are placed perpendicular to the long side of the guide. It is obvious from their number that the factory setting is tedious.
  • a second filter known from the prior art is described for example in the article “Four-Pole Dual Mode Elliptic Filter Realized in Circular Cavity Without Screws” by Luciano Accatino et al., IEEE Trans. MTT, V.44, no.12, pp 2680-2686, December 1996.
  • This filter consists of a length of circular guide 20 disposed between an input waveguide 10 and an output waveguide 12.
  • the input and output waveguides are coupled to the circular guide by planar transitions 24 and 26 with rectangular openings 28 and 30 respectively.
  • an iris 22 In the middle of the guide is placed an iris 22 with a rectangular opening 29 whose axes are parallel to the axes of the rectangular openings 28 and 30 of the plane transitions 24 and 26.
  • this filter is that the coupling between the modes, and the agreement of the filter, are obtained using rectangular irises 25 of thickness E, which therefore behave like rectangular guide sections.
  • the axes of these rectangular or iris guide sections are oriented with a non-zero angle with respect to the axes of the rectangular inlet 10 and outlet 12 guides in a plane perpendicular to the axis of propagation Z in the filter; it is these angles of rotation of the irises around the Z axis which make it possible to obtain the desired agreement and coupling between the modes of the filter.
  • There is no screw or external adjustment of this filter There is no screw or external adjustment of this filter.
  • the realization is delicate, because the irises must be positioned with very high precision according to arbitrary angles resulting from the electromagnetic simulation programs. Mass production would therefore seem to pose major problems.
  • the filter bimode consists, as in the previous example, of a length of circular waveguide 20 arranged between an input waveguide 10 and an output waveguide 12.
  • the input waveguides and outlet are coupled to the circular guide by planar transitions 24 and 26 with o rectangular openings 28 and 30 respectively.
  • This document is cited because it teaches another microwave filter without tuning or coupling adjustment screws.
  • the coupling between the two orthogonal modes is obtained by the iris 22, having an elliptical opening 29 whose major axis is inclined at 45 ° relative to the axes x - x 'of the opening 28 and the axis yy' of the opening 30 of the plane transitions 24 and 26.
  • the angle is critical, but it is easier to obtain with precision.
  • the coupling of the modes depends significantly on the exact shape of the ellipse 29 and the thickness E of the iris, but the ellipse considerably complicates the calculations of simulation and computer-aided design.
  • Another object of the invention is a filter having characteristics which lend themselves to simplified industrial production while retaining optimized operating characteristics.
  • the resonator of the invention has an increased ease of assembly and no adjustment.
  • a quadrimode microwave filter having a plurality of transmission zeros, said filter comprising at least one rectangular quadrimode rectangular resonant cavity 16, a waveguide of input access 10, and an output access wave guide 12; this (s) cavity (s) (16, 19, 7) being coupled to the inlet and outlet guides (and between them if they are several) by rectangular parallelepiped irises (15, 17, 18, .. .) characterized in that all the faces of the cavities (16, 19, ...) and of the irises (15, 17, 18, 7) are either parallel or perpendicular to each other.
  • said access guides are rectangular, and all the faces of the cavities (16, 19, ...) of the irises (15, 17, 18, ...) and of the access guides 10,12 are either parallel or perpendicular to each other.
  • the resonance frequencies of the electromagnetic propagation modes are determined by the dimensions of said at least one resonant cavity 16, and the distribution of electromagnetic energy between the different modes is carried out only by the dimensions and the arrangement of said irises.
  • the dimensions of said entry and exit access guides 10, 12 are chosen to attenuate all the electromagnetic modes except the fundamental TE 10. According to an advantageous characteristic, the dimensions of said access guides 10, 12 are the same. According to another advantageous characteristic, the entry mode and the exit mode are the same. According to a preferred embodiment, the irises 15, 17 are eccentric along the two transverse axes (X, Y) of said filter.
  • the couplings, between them and with the input and output modes, of the different resonant modes of said at least one resonant cavity 16 are obtained only by the irises 15 17, to the exclusion of any screw or another tuning or coupling mechanism.
  • FIG. 5 which schematically shows and seen in front plan the example of the filter of FIG. 4 according to the invention
  • - Figure 6 which shows schematically and seen in plan from above the example of the filter of Figure 4 according to the invention
  • FIG. 10 which shows schematically and in perspective an example of a multi-cavity filter including at least one microwave quadrimode cavity according to the invention
  • FIG. 13 which shows the simulations of the reflection and transmission coefficients of a multi-cavity filter according to the invention, as drawn in FIGS. 10, 11 and 12.
  • Figure 4 shows schematically and in perspective an example of a quadrimode microwave filter according to the invention.
  • the filter includes at least one rectangular quadrimode parallelepiped resonant cavity (16), an input access waveguide (10), and an output access waveguide (12).
  • the single cavity (16) is coupled to the rectangular inlet and outlet guides (and between them if there are more than one) by rectangular parallelepiped irises (15, 17).
  • all the faces of the cavities (16) and of the irises (15, 17) are either parallel or perpendicular to each other.
  • the access guides are rectangular, and all the faces of the cavities (16), of the irises (15, 17) and of the access guides (10,12) are either parallel, either perpendicular to each other.
  • the computer simulation of the electromagnetic equations inside the structure of the filter is particularly easy and reliable, making it possible to calculate with precision the dimensions necessary to obtain the desired performances.
  • the reliability of the calculations allows a good prediction of the bandwidth frequencies, as well as the transmission and reflection coefficients of the structure. It only remains to machine the structure in the mass of a good conductive material, for example copper, or brass. Machining is also facilitated by the geometric simplicity of the structure. Since the electromagnetic characteristics of the structure are easily and precisely predictable from simulation calculations, no subsequent adjustment is necessary to obtain the desired performance.
  • the choice of an extremely simple geometry allows a simple and reliable simulation, making it possible to calculate precise machining dimensions, which is also facilitated by the simple geometry.
  • the inlet / outlet access guides can of course be circular guides, or even coaxial or other accesses, the invention does not relate to the geometry of the inlet and outlet of the filter, but to the filter itself, as as defined in the claims.
  • the use of rectangular guides further simplifies the simulation calculations, and therefore leads us to prefer this kind of access.
  • the rectangular access guides have the same dimensions for the exit as for the entry.
  • Figures 5 and 6 show the same example of a filter according to the invention as Figure 4, seen respectively from the front and from above. These figures have the same references as Figure 4 and represent the same elements, so they do not elicit further explanation.
  • a practical realization of a model of a filter according to the invention, using these dimensions, makes it possible to obtain a filter operating in the Ku band around 14 GHz. All dimensions are given in millimeters.
  • a block of conductive material for example brass
  • the hollows of the different cavities and the irises are machined from side and other of this central plane in the two blocks, possibly with access guides.
  • the two blocks are then assembled to form a single one with the hollows of the cavities, irises, and possibly the access guides, enclosed inside.
  • FIG. 7 shows transmission measurements obtained on a model of a filter according to the invention, produced according to the above dimensions.
  • the curve represents the ratio of the electromagnetic energy at the output of the filter compared to the energy presented at the input of the filter, in dB, as a function of the frequency in GHz.
  • FIG. 8 shows input reflection measurements obtained on a model of a filter according to the invention, produced according to the above dimensions.
  • the curve represents the ratio of the electromagnetic energy reflected at the input of the filter compared to the incident energy at the input of the filter, in dB, as a function of the frequency in GHz.
  • the bandwidth of this filter model according to the invention is greater than 6%, and the insertion losses are less than 0.8 dB for this particular case of model using brass (invisible to scale of the diagram).
  • Figure 9 shows the comparison between the simulations and the measurements of the reflection coefficients
  • FIG. 10 which shows schematically and in perspective an example of a multi-cavity filter including at least one microwave quadrimode cavity according to the invention. It is a filter composed by (in this order):
  • the rectangular access guides have the same dimensions for the exit as for the entry.
  • Figures 11 and 12 show the same example of a filter according to the invention as Figure 10, viewed from above and from the front respectively. These figures have the same references as Figure 4 and represent the same elements, so they do not elicit further explanation.
  • FIG. 13 shows the simulations by calculating the reflection and transmission coefficients of a multi-cavity filter according to the invention, as drawn in FIGS. 10, 11 and 12, with the dimensions mentioned above. These simulations show that excellent performance can be obtained with this kind of filter.

Landscapes

  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

L'invention concerne un filtre hyperfréquence quadrimode à cavités couplées avec une pluralité de zéros de transmission, comprenant au moins une cavité parallélépipédique rectangle quadrimode, au moins deux iris rectangulaires, et deux guides d'accès entrée-sortie. L'accord et le couplage du filtre sont obtenus uniquement par les dimensions de la au moins une cavité résonante et des iris, ainsi que leur disposition mutuelle, sans aucun vis ou autre mécanisme d'accord. Toutes les faces des cavités et des iris sont soit parallèles, soit perpendiculaires entre elles. Selon une réalisation préférée, les iris sont excentrés selon les deux axes transversaux. Selon une caractéristique avantageuse, le mode d'entrée est le même que le mode de sortie, de préférence le mode fondamental TE 10.

Description

FILTRE HYPERFRRQUENCE QURDRI-MODES EN GUIDE D ' ONDES ET POSSEDANT DES ZEROS DE TRANSMISSION
L'invention concerne un filtre multimode hyperfréquence comprenant au moins une cavité résonante ainsi que des moyens d'entrée-sortie, et des moyens de couplage d'énergie hyperfréquence permettant d'exciter les différents modes de résonance à l'intérieur de la cavité résonante. Un tel filtre trouve son utilité notamment en sortie d'un étage d'amplification de puissance, dans un équipement de transmission radio par exemple. Pour certaines applications, on cherche a réaliser un filtre avec une bande passante relativement large, très sélectif, et à faibles pertes dans la bande utile.
Classiquement, un filtre multimode comprend également des moyens de couplage d'énergie entre modes, ces moyens étant le plus souvent réglables de manière à ajuster le transfert d'énergie entre lesdits modes. Classiquement aussi, il est prévu des moyens réglables d'accord de fréquence de la cavité résonante. Ces deux fonctions d'accord et de couplage sont souvent réalisées à l'aide des vis, pistons, ou d'autres mécanismes d'accord ou réglage variable.
Un inconvénient de ces moyens classiques est justement leur réglage, souvent délicat, qui demande beaucoup de temps en usine et qui coûte donc o cher.
Un tel filtre connu de l'art antérieur est montré sur la figure 1. Ce filtre en guide d'onde 19 ne présente pas de zéros de transmission. En conséquence, il faut générer un nombre important de pôles pour obtenir la sélectivité recherchée, c'est à dire le rejet des fréquences en dehors de la 5 bande de transmission du filtre. L'inconvénient est que le nombre élevé de pôles augmente considérablement les pertes d'insertion. Le filtre de la figure 1 , est réalisé sur une longueur de guide d'onde 19 avec ses brides d'entrée 9 et sortie 11. Un nombre important de barreaux cylindriques ou tiges 13 sont placés perpendiculairement au grand coté du guide. Il est évident par leur o nombre que le réglage en usine est fastidieux. Un deuxième filtre connu de l'art antérieur est décrit par exemple dans l'article « Four-Pole Dual Mode Elliptic Filter Realized in Circular Cavity Without Screws » de Luciano Accatino et al., IEEE Trans. MTT, V.44, no.12, pp 2680- 2686, December 1996. Ce filtre consiste en une longueur de guide circulaire 20 disposée entre un guide d'ondes d'entrée 10 et un guide d'ondes de sortie 12. Les guides d'ondes d'entrée et de sortie sont couplés au guide circulaire par des transitions planes 24 et 26 avec des ouvertures rectangulaires 28 et 30 respectivement. Au milieu du guide est placé un iris 22 avec une ouverture rectangulaire 29 dont les axes sont parallèles aux axes des ouvertures rectangulaire 28 et 30 des transitions planes 24 et 26. La caractéristique de ce filtre est que le couplage entre les modes, et l'accord du filtre, sont obtenus a l'aide des iris rectangulaires 25 d'épaisseur E, qui se comportent donc comme des tronçons de guide rectangulaire. Les axes de ces tronçons de guide rectangulaire ou iris sont orientés avec un angle non-nul par rapport aux axes des guides rectangulaires d'entrée 10 et de sortie 12 dans un plan perpendiculaire a l'axe de propagation Z dans le filtre ; ce sont ces angles de rotation des iris autour de l'axe Z qui permettent d'obtenir l'accord et le couplage désiré entre les modes du filtre. Il n'y a pas de vis ni aucun réglage externe de ce filtre. Cependant, la réalisation est délicate, car les iris doivent être positionnés avec une très grande précision suivant des angles arbitraires issus des programmes de simulation électromagnétique. La fabrication en séries semblerait donc poser des gros problèmes.
Un autre filtre bimode sur guide circulaire est décrit dans le brevet US 5,886,594 de M. Guglielmi et al., incorporé expressément dans la présente demande pour sa description de l'art antérieur, et montré sur la figure 3. Dans ce brevet, le filtre bimode est constitué comme dans l'exemple précédent d'une longueur de guide d'ondes circulaire 20 disposée entre un guide d'ondes d'entrée 10 et un guide d'ondes de sortie 12. Les guides d'ondes d'entrée et de sortie sont couplés au guide circulaire par des transitions planes 24 et 26 avec o des ouvertures rectangulaires 28 et 30 respectivement. Ce document est cité car il enseigne un autre filtre hyperfréquence sans vis de réglage d'accord ou de couplage. Le couplage entre les deux modes orthogonaux est obtenu par l'iris 22, ayant une ouverture elliptique 29 dont l'axe majeur est incliné à 45° par rapport aux axes x - x' de l'ouverture 28 et l'axe y-y' de l'ouverture 30 des transitions planes 24 et 26. Comme dans l'exemple précédent, l'angle est critique, mais il est plus facile à obtenir avec précision. En revanche, le couplage des modes dépend de façon sensible de la forme exacte de l'ellipse 29 et de l'épaisseur E de l'iris, or l'ellipse complique considérablement les calculs de simulation et de conception assistée par ordinateur. En outre, l'inclinaison de l'axe majeur de l'ellipse a 45 ° par rapport aux axes principaux des ouvertures rectangulaires d'entrée 28 et de sortie 30 produit une rotation de la polarisation entre l'entrée et la sortie, un effet non- désirable dans une majorité de réalisations pratiques.
C'est un but de la présente invention d'obtenir un filtre hyperfréquence quadrimode avec une pluralité de zéros de transmission, qui soit plus léger, moins encombrant, très sélectif, et avec des pertes d'insertion plus faibles que les filtres multimode de l'art connu.
Un autre objet de l'invention est un filtre présentant des caractéristiques qui se prêtent à une réalisation industrielle simplifiée tout en conservant des caractéristiques de fonctionnement optimisées. Dans ce but, le résonateur de l'invention présente une facilité accrue de montage et aucun réglage.
Ces buts, ainsi que d'autres avantages qui apparaîtront par la suite, sont atteints par un filtre hyperfréquence quadrimode ayant une pluralité de zéros de transmission, ledit filtre comprenant au moins une cavité résonante quadrimode parallélépipédique rectangle 16, un guide d'onde d'accès en entrée 10, et un guide d'ondes d'accès en sortie 12 ; ce(s) cavité(s) (16, 19,...) étant couplées aux guides d'entrée et de sortie (et entre elles si elles sont plusieurs) par des iris parallélépipédiques rectangles (15, 17, 18, ...) caractérisé en ce que toutes les faces des cavités (16, 19, ...) et des iris (15, 17, 18, ...) sont soit parallèles, soit perpendiculaires entre elles. Selon une réalisation particulière, lesdits guides d'accès sont rectangulaires, et toutes les faces des cavités (16, 19, ...) des iris (15, 17, 18, ...) et des guides d'accès 10,12 sont soit parallèles, soit perpendiculaires entre elles. Selon une caractéristique, les fréquences de résonance des modes de propagation électromagnétique sont déterminées par les dimensions de ladite au moins une cavité résonante 16, et la répartition d'énergie électromagnétique entre les différents modes est réalisée uniquement par les dimensions et la disposition desdits iris.
Selon une réalisation préférée, les dimensions desdits guides d'accès d'entrée et de sortie 10, 12 sont choisies pour atténuer tous les modes électromagnétiques sauf le fondamental TE 10. Selon une caractéristique avantageuse, les dimensions desdits guides d'accès 10, 12 sont identiques. Selon une autre caractéristique avantageuse, le mode d'entrée et le mode de sortie sont les mêmes. Selon une réalisation préférée, les iris 15, 17 sont excentrés selon les deux axes transversaux (X,Y) dudit filtre.
Selon une réalisation particulièrement avantageuse, les couplages, entre eux et avec les modes d'entrée et sortie, des différents modes résonants de ladite au moins une cavité résonante 16 sont obtenus uniquement par les iris 15 17, à l'exclusion de tout vis ou autre mécanisme d'accord ou de couplage.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description détaillée de quelques exemples de réalisations qui suivent, avec ses dessins annexés dont :
- la figure 1, déjà évoquée qui représente en perspective un filtre sur guide rectangulaire avec de nombreuses tiges transversales connu de l'art antérieur ;
- la figure 2, qui montre schématiquement et en perspective un filtre multimode hyperfréquence sur guide circulaire connu de l'art antérieur ;
- la figure 3, qui montre schématiquement et en perspective un autre filtre multimode hyperfréquence sur guide circulaire connu de l'art antérieur ; - la figure 4, qui montre schématiquement et en perspective un exemple d'un filtre quadrimode hyperfréquence selon l'invention ;
-la figure 5, qui montre schématiquement et vu en plan de face l'exemple du filtre de la figure 4 selon l'invention ; - la figure 6, qui montre schématiquement et vu en plan de dessus l'exemple du filtre de la figure 4 selon l'invention ;
- la figure 7, qui montre des mesures de transmission obtenues sur une maquette d'un filtre selon l'invention ;
- la figure 8, qui montre des mesures de réflexion en entrée obtenues sur une maquette d'un filtre selon l'invention;
- la figure 9, qui montre la comparaison des deux courbes de mesures des figures 7 et 8, avec les courbes théoriques issues d'une simulation sur ordinateur à partir des équations électromagnétiques ;
- la figure 10, qui montre schématiquement et en perspective un 5 exemple d'un filtre multi-cavité dont au moins une cavité quadrimode hyperfréquence selon l'invention ;
- la figure 11, qui montre schématiquement et vu en plan de dessus l'exemple du filtre de la figure 10 selon l'invention ;
- la figure 12, qui montre schématiquement et vu en plan de face o l'exemple du filtre de la figure 10 selon l'invention ;
- la figure 13, qui montre les simulations des coefficients de réflexion et de transmission d'un filtre multi-cavité selon l'invention, tel que dessiné sur les figures 10, 11 et 12.
5 Sur toutes les figures données à titre d'exemples non limitatifs de quelques réalisations de l'art antérieur et selon l'invention, ainsi que des exemples de dimensions et de performances qui peuvent en être obtenues, les mêmes repères se réfèrent aux mêmes éléments. L'échelle n'est pas toujours respectée pour des raisons de clarté. La figure 4 montre schématiquement et en perspective un exemple d'un filtre quadrimode hyperfréquence selon l'invention. Le filtre comprend au moins une cavité résonante quadrimode parallélépipédique rectangle (16), un guide d'onde d'accès en entrée (10), et un guide d'ondes d'accès en sortie (12). Dans l'exemple de la figure 4, l'unique cavité (16) est couplée aux guides rectangulaires d'entrée et de sortie (et entre elles si elles sont plusieurs) par des iris parallélépipédiques rectangle (15, 17). Comme caractéristique importante du filtre selon l'invention, toutes les faces des cavités (16) et des iris (15, 17) sont soit parallèles, soit perpendiculaires entre elles. Dans l'exemple montré sur la figure 4, les guides d'accès sont rectangulaires, et toutes les faces des cavités (16), des iris (15, 17) et des guides d'accès (10,12) sont soit parallèles, soit perpendiculaires entre elles.
Grâce à cette caractéristique, la simulation par ordinateur des équations électromagnétiques à l'intérieur de la structure du filtre est particulièrement aisée et fiable, permettant de calculer avec précision les dimensions nécessaires pour obtenir les performances voulues. La fiabilité des calculs permet une bonne prédiction des fréquences de la bande passante, ainsi que les coefficients de transmission et de réflexion de la structure. Il ne reste plus qu'à usiner la structure dans la masse d'un matériau bon conducteur, par exemple du cuivre, ou de laiton. L'usinage est lui aussi facilité par la simplicité géométrique de la structure. Puisque les caractéristiques électromagnétiques de la structure sont aisément et précisément prévisibles à partir des calculs de simulation, aucun réglage subséquent n'est nécessaire pour obtenir les performances voulues. Pour résumer, le choix d'une géométrie extrêmement simple permet une simulation simple et fiable, permettant de calculer des cotes précises d'usinage, qui est lui aussi facilité par la géométrie simple. Et le tout permet d'obtenir un filtre dont les caractéristiques sont tellement prévisibles qu'aucun réglage n'est nécessaire après réalisation. Les guides d'accès d'entrée sortie peuvent être bien entendu de guides circulaires, voire des accès coaxiaux ou d'autres, l'invention ne porte pas sur la géométrie des entrée et sortie du filtre, mais sur le filtre lui même, tel que défini dans les revendications. Cependant, l'utilisation des guides rectangulaires simplifie d'avantage les calculs de simulation, et donc nous conduit a préférer ce genre d'accès.
Dans l'exemple montré sur la figure 4, les guide d'accès rectangulaires ont les mêmes dimensions pour la sortie que pour l'entrée. Dans cet exemple, on a indiqué par des lettres majuscules des repères pour deux points opposés sur chaque parallélépipède, car un parallélépipède peut être entièrement défini par les coordonnées de deux points opposés. Ces repères seront utilisés plus loin dans la description par rapport aux figures 7, 8 et 9.
Les figures 5 et 6 montrent le même exemple d'un filtre selon l'invention que la figure 4, vu respectivement de face et de dessus. Ces figures portent les mêmes références que la figure 4 et représentent les mêmes éléments, donc elles ne suscitent pas d'avantage d'explications.
A titre d'exemple, les dimensions d'un exemple d'un filtre muticavité multimode avec une pluralité de zéros de transmission selon l'invention peuvent être décrites à l'aide des points repérés sur les figures 4, 5, et 6 par des lettres A à J comme suit : on prend le repère A comme origine, et on exprime toutes les dimensions en millimètres a partir de ce point en coordonnées cartésiennes
(x, y, z).
Par exemple :
A = ( 0.00, 0.00, 0.00 ) B = ( 19.05, 9.525, 0.00 )
C = ( 7.59, 6.28, 0.00 )
D = ( 18.21 , 9.52, 4.48 )
E = ( -4.64, -0.06, 4.48 )
F = ( 18.63, 25.25, 13.4 ) G = ( 7.95, 15.63, 13.4 )
H = ( 18.56, 18.61, 17.09 ) I = ( 0.88, 9.32, 17.09 )
J = ( 19.93, 18.845, 17.09 )
Une réalisation pratique d'une maquette d'un filtre selon l'invention, utilisant ces dimensions, permet d'obtenir un filtre fonctionnant en bande Ku autour de 14 GHz. Toutes les dimensions sont portées en millimètres.
Dans la réalisation pratique d'une maquette d'un filtre selon l'invention, un bloc de matériau conducteur, par exemple du laiton, est coupé en deux blocs par un plan central, et les creux des différentes cavités et les iris sont usinés de coté et d'autre de ce plan central dans les deux blocs, avec éventuellement les guides d'accès. Les deux blocs sont ensuite assemblés pour en former un seul avec les creux des cavités, iris, et éventuellement les guides d'accès, enfermés à l'intérieur.
La figure 7 montre des mesures de transmission obtenues sur une maquette d'un filtre selon l'invention, réalisée selon les dimensions ci-dessus. La courbe représente le rapport de l'énergie électromagnétique à la sortie du filtre par rapport a l'énergie présentée à l'entrée du filtre, en dB, en fonction de la fréquence en GHz.
La figure 8 montre des mesures de réflexion en entrée obtenues sur une maquette d'un filtre selon l'invention, réalisée selon les dimensions ci- dessus. La courbe représente le rapport de l'énergie électromagnétique réfléchie à l'entrée du filtre par rapport a l'énergie incidente à l'entrée du filtre, en dB, en fonction de la fréquence en GHz.
Comme montré sur ces deux dernières figures, la largeur de bande de cette maquette de filtre selon l'invention est supérieure a 6 %, et les pertes d'insertion sont inférieures à 0.8 dB pour ce cas particulier de maquette employant du laiton (invisibles à l'échelle du diagramme).
La figure 9 montre la comparaison entre les simulations et les mesures des coefficients de réflexion |S111 et de transmission |S211. Cette figure appelle plusieurs remarques. Tout d'abord, on remarque qu'en général, les courbes de mesures et celles des simulations sont très semblables. Ce qui veut dire que la maquette, réalisée selon les dimensions issues des calculs de simulation, a fourni les performances attendues, à peu de choses près.
Deuxièmement, on remarque un léger décalage en fréquence entre le premier zéro en transmission sur la courbe |S211 mesuré et sur la courbe |S211 simulé. Ceci est à cause des tolérances de fabrication de la maquette en usinage. En effet, la maquette était réalisée par fraisage dans la masse de laiton. La fraise ayant un diamètre fini, quelques un des angles des parallélépipèdes rectangulaire sont arrondis par endroits. Ceci a pour effet de pousser les plus basses fréquences de résonance légèrement vers le haut. La figure 10 qui montre schématiquement et en perspective un exemple d'un filtre multi-cavité dont au moins une cavité quadrimode hyperfréquence selon l'invention. Il s'agit d'un filtre composé par (dans cet ordre):
- Un guide d'onde d'accès 10 en entrée ;
- un premier iris 15 ; - une première cavité résonnante 16 de forme parallélépipède rectangulaire ;
- un deuxième iris 18 ;
- une seconde cavité résonnante 19 de forme parallélépipède rectangulaire ;
- un troisième iris 17 ;
- le guide d'onde d'accès 12 en sortie. Dans l'exemple montré, les guide d'accès rectangulaires ont les mêmes dimensions pour la sortie que pour l'entrée. Dans cet exemple, on a indiqué par des lettres majuscules des repères pour deux points opposés sur chaque parallélépipède, car un parallélépipède peut être entièrement défini par les coordonnées de deux points opposés. Ces repères seront utilisés plus loin dans la description par rapport a la figure 13.
Les figures 11 et 12 montrent le même exemple d'un filtre selon l'invention que la figure 10, vu respectivement de dessus et de face. Ces figures portent les mêmes références que la figure 4 et représentent les mêmes éléments, donc elles ne suscitent pas d'avantage d'explications. A titre d'exemple, les dimensions d'un exemple d'un filtre muticavité multimode avec une pluralité de zéros de transmission selon l'invention peuvent être décrites à l'aide des points repérés sur les figures 10, 11 et 12 par des lettres A à N comme suit : on prend le repère A comme origine, et on exprime toutes les dimensions en millimètres a partir de ce point en coordonnées cartésiennes (x, y, z). Par exemple : A=(0,0,0) B = ( 12.95, 6.48,0) C = (5.55, 2.96,0)
D = ( 12.70, 5.69, 1.67) E = (-2.50, -0.73, 1.67) F = ( 13.11 , 16.29,8.14) G = (5.90, 10.53,8.14) H = (13.05, 11.87,12.6) l = (-2.50, -0.69, 12.6) J = ( 13.11 , 16.31 ,19.13) K = ( 5.62, 3.14, 19.13) L = ( 12.82, 5.58,21.09) M = (0.020 ,0.21 ,21.09)
N = ( 12.97, 6.69,21.09).
Ces dimensions sont plus petites que dans l'exemple donné ci-dessus en rapport aux figures 4, 5 et 6, ce qui donnera une fréquence plus élevée, aux alentours de 21 GHz. Avec ces dimensions, on obtient un filtre à sept pôles et deux zéros de transmission doubles (de deuxième ordre). L'une des cavités (16, 19) est donc quadrimode avec deux zéros et l'autre cavité est trimode avec deux zéros. Comme dans l'exemple de la figure 4, toutes les faces des cavités 16, 19 , des iris 15, 18, 17 et des guides d'accès 10, 12 sont soit parallèles, soit o perpendiculaires entre elles. La figure 13 montre les simulations par le calcul des coefficients de réflexion et de transmission d'un filtre multi-cavité selon l'invention, tel que dessiné sur les figures 10, 11 et 12, avec les dimensions mentionnées ci- dessus. Ces simulations montrent que d'excellentes performances peuvent être obtenues avec ce genre de filtre.
L'invention a été illustrée à l'aide de quelques exemples non limitatifs de réalisations. L'homme de l'art saura conjuguer les différents paramètres de conception des cavités et iris parallelepipédiques rectangles et des accès pour concevoir toute une gamme de filtres hyperfréquence selon les principes de l'invention, sans pour autant sortir du cadre de l'invention telle que définie par les revendications qui suivent.

Claims

Revendications
1. Filtre hyperfréquence quadrimode ayant une pluralité de zéros de transmission, ledit filtre comprenant au moins une cavité résonante quadrimode parallélépipédique rectangle (16), un guide d'onde d'accès en entrée (10), et un guide d'ondes d'accès en sortie (12) ; ce(s) cavité(s) étant couplées aux guides d'entrée et de sortie (et entre elles si elles sont plusieurs) par des iris parallelepipédiques rectangles (15, 17), toutes les faces des cavités (16) et des iris (15, 17) étant soit parallèles, soit perpendiculaires entre elles, caractérisé en ce qu'il n'y a aucun dispositif d'accord ou de réglage.
2. Filtre hyperfréquence selon la revendication 1 , caractérisé en ce que lesdits guides d'onde d'accès en entrée (10) et en sortie (12) sont rectangulaires, et en ce que toutes les faces des cavités (16), des iris (15, 17), et des guides d'accès (10,12) sont soit parallèles, soit perpendiculaires entre elles.
3. Filtre hyperfréquence selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les fréquences de résonance des modes de propagation électromagnétique étant déterminées par les dimensions de ladite au moins une cavité résonante (16), la répartition d'énergie électromagnétique entre les différents modes est réalisée uniquement par les dimensions et la disposition desdits iris (15, 17).
4. Filtre hyperfréquence selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les dimensions desdits guides (10, 12) d'entrée et de sortie sont choisies pour atténuer tous les modes électromagnétiques sauf le fondamental TE 10.
5. Filtre hyperfréquence selon la revendication 4, caractérisé en ce que les dimensions desdits guides d'accès (10, 12) sont identiques.
6. Filtre hyperfréquence selon la revendication 5, caractérisé en ce que le mode d'entrée et le mode de sortie sont les mêmes.
7. Filtre hyperfréquence selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les iris (15, 17) sont excentrés selon les deux axes transversaux (X.Y) dudit filtre.
8. Filtre hyperfréquence selon l'une des revendications précédentes, caractérisé > en ce que les couplages, entre eux et avec les modes d'entrée et sortie, des différents modes résonants de ladite au moins une cavité résonante sont obtenus uniquement par les iris (15, 17), à l'exclusion de tout vis ou autre mécanisme d'accord ou de couplage.
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