FR2525835A1 - Filtre passe-bande a resonateurs lineaires, auquel est associee une fonction coupe-bande - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE LES FILTRES PASSE-BANDE HYPERFREQUENCE A RESONATEURS LINEAIRES. A LA FONCTION PASSE-BANDE DES RESONATEURS LINEAIRES R DU FILTRE EST ADJOINTE UNE FONCTION COUPE-BANDE GRACE A DES RESONATEURS AUXILIAIRES QUI SONT OBTENUS PAR UNE FENTE F PRATIQUEE LONGITUDINALEMENT A PARTIR D'UNE EXTREMITE A DU RESONATEUR LINEAIRE R, ISOLEE DES PAROIS METALLIQUES V, V DU BOITIER DU FILTRE; CETTE FONCTION COUPE-BANDE PERMET DE MODIFIER LA REPONSE DU FILTRE, PAR EXEMPLE POUR RENDRE PLUS RAIDE LA PENTE DES FLANCS DE SA COURBE D'ATTENUATION. APPLICATION AUX FILTRES PASSE-BANDE.

Description

FILTRE PASSE-BANDE A RESONATEURS LINEAIRES,
AUQUEL EST ASSOCIEE UNE FONCTION COUPE-BANDE
La présente invention se rapporte aux filtres passe-bandes réalisés au moyen de résonateurs et auxquels une fonction coupe-bande doit être associée.

Il est souvent nécessaire d'associer une fonction coupe-bande à une fonction passe-bande, par exemple pour éliminer une fréquence indésirable telle qu'un harmonique 2 qu'un filtre passe-bande laisserait passer; en effet même si cette fréquence n'est pas située dans la bande passante pour laquelle le filtre a été conçu, elle peut se trouver dans une autre bande passante de ce filtre, autre bande passante qui peut être qualifiée d'indésirable. Un autre intérêt de la fonction coupe-bande ajoutée à un filtre passe-bande peut être d'augmenter la raideur des flancs du filtre.

II est connu pour réaliser cette fonction coupe-bande de brancher un filtre coupe-bande en serie avec le filtre passe-bande. Ceci a l'inconvénient de nécessiter un deuxième filtre et donc de prendre de la place et de coûter cher.

Une autre solution est connue pour les filtres passe-bande à résonateurs linéaires ouverts à leurs deux extrémités, aussi appelés filtres passe-bande à résonateurs deminde ou à résonateurs en 2 Cette solution consiste à connecter, au voisinage du milieu d'au moins un des résonateurs en 2, un résonateur auxiliaire dont la fréquence de résonance est une fréquence à rejeter par la fonction coupe-bande. L'inconvénient de cette solution est qu'elle s'applique uniquement aux filtres à résonateurs linéaires de type demi-onde.

Le but de la présente invention est de pouvoir réaliser, à l'intérieur même d'un filtre passe-bande à résonateurs linéaires, une fonction coupe-bande et cela quel que soit le type des résonateurs linéaires du filtre.

Ceci est obtenu en intégrant un résonateur du type demi-onde dans au moins l'un des résonateurs linéaires du filtre passe-bande.

Selon l'invention, un filtre passe-bande comportant au moins un plan de masse et n résonateurs linéaires (n entier positif) disposés au voisinage du plan de masse, est caractérisé en ce que, afin d'ajouter une fonction coupe-bande, k (k entier au plus égal à n) des n résonateurs présentent, à partir d'une extrémité isolée, une fente longitudinale, ouverte dans le résonateur considéré et qui détermine ainsi un résonateur auxiliaire du type demi-onde.

La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent:
- les figures 1 à 4 des vues partielles de filtres selon l'invention,
- la figure 5, un filtre selon l'invention, capot ouvert,
- la figure 6, un élément du filtre selon la figure 5,
- la figure 7 un graphique réalisé en relation avec la figure 5.

Sur les différentes figures les éléments correspondant portent les mêmes repères.

La figure 1 montre un résonateur R d'un filtre passe-bande selon l'invention. Ce résonateur est un résonateur du type demi-onde c'est-a'- dire que sa longueur, repérée 21 sur la figure 1, est égale à la moitié de la longueur d'onde 1 correspondant à sa fréquence de résonance; cette fréquence de résonance est déterminée en fonction de la fréquence centrale à obtenir avec le filtre. Ce résonateur, comme tous les résonateurs du type demi-onde est isolé à ses deux extrémités A et B, c'est-àdire qu'il n'est nulle part en contact avec les parois métalliques qui constituent le boîtier du filtre. Le résonateur R est disposé sur un substrat isolant, non représenté, qui repose sur un plan de masse, non représenté, constitué par le fond du boîtier du filtre.

A l'extrémité A du résonateur R de la figure 1 est pratiquée une fente longitudinale F qui fait que l'extrémité A se comporte comme un résonateur auxiliaire du type demi-onde et de longueur r cette fente F, avec d'autres fentes semblables pratiquées sur tout ou partie des autres résonateurs de longueur r du filtre passe-bande considéré, introduit dans ce filtre une fonction coupe-bande dont la fréquence moyenne est, du moins quand toutes les fentes sont de même longueur, celle de l'onde dont la longueur d'onde est égale à B0. Dans le cas où toutes les fentes ne sont pas de même longueur les effets coupe-bande qu'elles introduisent dans le filtre se font sentir autour des différentes fréquences correspondant aux différentes longueurs r des résonateurs auxiliaires déterminés par ces fentes.

La figure 2 montre un autre exemple d'un résonateur R du type demi-onde, pris dans un filtre passe-bande selon l'invention. Dans cet exemple, le fait que les deux extrémités A, B du résonateur sont isolées a été mis à profit pour pratiquer deux fentes longitudinales F et F' sensiblement de même longueur et qui-se comportent chacune comme un résonateur de type demi-onde; les deux fentes coopèrent donc à l'effet coupe-bande autour de la même fréquence.

La figure 3 montre un résonateur R d'un filtre passe-bande selon l'invention. Mais ici le résonateur n'est plus de type demi-onde, il est de type quart d'onde c'est-à-dire qu'il est en contact à l'une de ses extrémités, B', avec la paroi métallique du boîtier du filtre passe-bande et que sa longueur est égale au quart de la longueur d'onde À 1 correspondant à sa fréquence de résonance. Ce résonateur est placé sur un substrat isolant qui repose sur un plan de masse constitué par le fond du boîtier du filtre; ce résonateur est disposé perpendiculairement aux deux parois verticales, longitudinales V, V' du boîtier du filtre considéré.

L'extrémité isolée, A, du résonateur R de-la figure 3 est fendue longitudinalement: fente F. Cette fente, comme dans le cas des fentes des figures 1 et 2, se comporte comme un résonateur auxiliaire de type demi-onde puisque les deux extrémités du résonateur ainsi réalisé sont isolées. Ce résonateur de type demi-onde a une longueur e et amène, 2 dans le filtre passe-bande, une fonction coupe-bande à la fréquence FO de l'onde dont la longueur d'onde est égale à A 0. Là encore d'autres résonateurs du filtre passe-bande peuvent présenter à leur extrémité isolée une fente semblable à la fente F pour, soit coopérer à l'effet coupebande au voisinage de la fréquence FO, dans le cas où la longueur de tous les résonateurs auxiliaires est de l'ordre de r ' soit introduire un effet coupe-bande sur d'autres fréquences dans le cas contraire.

La figure 4 représente une variante à la réalisation selon la figure 3. La figure 4 représente un résonateur, R, disposé, comme le résonateur
R de la figure 2, perpendiculairement aux deux parois verticales, longitu dinales V, V' du boîtier du filtre passe-bande dont il fait partie. Ce résonateur qui est placé sur un substrat qui -l'isole du fond du boîtier, n'est relié électriquement avec le boîtier du filtre passe-bande que par son extrémité B' qui est en contact avec la paroi V ; son autre extrémité comporte une fente longitudinale F. La longueur du résonateur R est désignée par L 1 sur la figure 4, quant à la longueur du résonateur auxiliaire que détermine la fente F, elle est désignée par le repère LO sur cette même figure.Les longueur L 1 et LO sont nettement inférieures respectivement aux longueurs repérées #l et #0 sur la figure 3 bien que 4 2 les filtres, dont une vue partielle est donnée par les figures 3 et 4, soient destinés à fonctionner avec sensiblement la même bande passante.C'est que, d'une part, un premier condensateur variable Cl est branché entre l'extrémité isolée du résonateur R et la paroi V' de la cavité du filtre qui est parallèle à la paroi V et que, d'autre part, un second condensateur variable CO est branché entre les deux bords opposés de la fente F, au voisinage de l'extrémité isolée, A, du résonateur R; ces condensateurs consituent un prolongement, du point de vue de la longueur électrique, pour le résonateur R et le résonateur auxiliaire formé par la fente F et permettent donc d'accorder ces deux résonateurs sur les fréquences correspondant respectivement aux longueurs d'onde 1 et AO 0(voir figure 3) ou sur des fréquences voisines; ces condensateurs variables permettent donc un réglage du filtre passe-bande et de l'effet coupe-bande du résonateur auxiliaire.Il est à noter que plus la valeur de la capacité ainsi introduite est grande et plus les résonateurs concernés ont une fréquence de travail basse.

Il est à noter que, dans certaines réalisations selon les figures 3 et 4,le substrat isolant peut ne pas exister, les résonateurs étant simplement fixés aux parois verticales telles que V et étant suffisamment rigides pour conserver toujours la même position dans le boîtier du filtre.

La figure 5 montre un filtre, capot ouvert. Ce filtre comprend une cavité métallique, 1, dans laquelle sont placés six résonateurs, R1 à R6 du type "quart d'onde", formés de tronçons de ligne. Ce filtre est du type filtre en peigne du fait de la disposition de ses résonateurs. La cavité 1 est un boîtier comportant un fond 2, formant plan de masse, solidaire de quatre parois verticales, et un capot 5; les résonateurs sont tubulaires et sont parallèles entre eux. Ce filtre comporte en plus un adaptateur d'impédance d'entrée ZE et un adaptateur d'impédance de sortie ZS.

Chaque résonateur est fixé par une première extrémité à un côté vertical, 3, du boîtier, et est couplé, à sa seconde extrémité, au côté vertical opposé, 4, par un condensateur, Cl à C6 dont la longueur électrique, ajoutée à celle du résonateur correspondant, donne la valeur du "quart d'onde" de ce résonateur. Les condensateurs sont réalisés par des tiges conductrices qui pénètrent chacune en partie à l'intérieur de chaque résonateur sans les toucher du côté ou le potentiel est non nul c'est-à-dire par l'extrémité opposée au côté 3 du boîtier. Chaque tige est accessible de l'extrémité du boîtier et peut être vissée ou dévissée dans le côté vertical 4 pour obtenir la fréquence d'accord de chaque résonateur. Les tiges permettent donc de faire varier la capacité d'accord correspondante.

L'entrée E du filtre est prise sur le côté vertical 3. L'adaptateur d'impédance d'entrée ZE est un tronçon de ligne conducteur placé en amont du premier résonateur, R1. Cet adaptateur ZE est relié à l'entrée E par l'une de ses extrémités et est relié à la masse par l'autre extrémité.

La sortie S du filtre est prise sur le côté vertical 3. L'adaptateur ZS est un tronçon de ligne conducteur placé en aval du résonateur R6. Cet adaptateur ZS est relié à la sortie S par l'une de ses extrémités et est relié à la masse par l'autre extrémité.

Le domaine des fréquences de filtrage d'un tel filtre peut aller de 500 Mhz jusqu'à quelques GHz.

Dans la réalisation décrite la fréquence centrale Fc est de l'ordre de 700 MHz et la bande passante AF de l'ordre de 10% de la fréquence centrale. D'autre part une réponse amplitude/fréquence selon Tchebycheff a été choisie qui présentent donc un minimum d'ondulation dans la bande passante. Les résonateurs présentent des couplages prirnaires entre eux.

Ces couplages primaires entre résonateurs adjacents sont généralement capacitifs et fonction de la distance séparant les deux résonateurs adjacents. Cette distance a été choisie de façon à obtenir la fonction de filtrage désirée.

Le filtre comporte un capot 5 muni, sur sa face intérieure et parallélement à celle-ci, d'une plaque conductrice 6 de forme allongée, solidaire de ce capot 5 dont elle est isolée électriquement. La plaque 6 est disposée perpendiculairement aux résonateurs ; les extrémités 7 et 8 de la plaque 6 sont agencées de façon à capter le maximum d'énergie du résonateur R2 et l'envoyer sur le résonateur R5 pour réaliser ainsi un couplage secondaire afin d'obtenir un affaiblissement infini à une fréquence donnée. Les extrémités 7 et 8 de la plaque 6 sont recourbées vers le fond 2 du boîtier 1 et présentent des replis plats en regard des résonateurs R2, R5 à coupler.La distance existant entre les replis plats et les résonateurs correspondants, R2, R5, quand le boîtier est fermé, détermine la valeur du couplage secondaire et détermine par conséquent la position en fréquence de la pointe d'affaiblissement infini.

A partir des extrémités isolées de chacun des résonateurs lil et R6, une fente longitudinale est découpée et entre les bords opposés de cette fente est branché un condensateur variable, CO, CO', qui permet d'accorder les résonateurs auxiliaires du type demi-ondes formé par les fentes. Les résonateurs RI et R6 de la figure 5 avec leurs condensateurs d'accords C1 et C6, leurs fentes formant résonateur auxiliaire et les condensateurs CO, CO' servant à accorder les résonateurs auxiliaires, correspondent donc au résonateur R selon la figure 4; la différence principale entre les deux figures est que la figure 4 correspond à des résonateurs du type ruban et la figure 5 à des résonateurs de type tubulaire.

A titre indicatif il est à noter que la cavité du filtre selon la figure 5 mesure 10 cm de large sur 7 cm de profondeur et 1.5 cm de hauteur.

La figure 6 est une vue de détail de la figure 5 qui montre, en plus grand, le résonateur R1 du filtre 1 avec son condensateur d'accord
C1, sa fente F, et le condensateur d'accord CO du résonateur auxiliaire constitué par la fente F.

La figure 7 est un graphique qui donne, en fonction de la fréquence Fr exprimée en mégahertz, la valeur de l'atténuation C, exprimée en décibels, qu'entraine le filtre selon la figure 5: courbe M2. Sur ce graphique ont également été tracées les courbes correspondantes, M 1 et MO, relatives au même filtre mais, dans le cas de M1, seul le résonateur R1 est fendu à son extrémité isolée et comporte un condensa teur tel que CO et, dans le cas de MO, aucun des résonateurs n'est fendu et évidemment il n'y a aucun condensateur d'accord tel que CO.

Les courbes selon la figure 7 montrent que le résonateur auxiliaire à fente associé au résonateur R1 (courbe Ml) ou associé aux résonateurs R1 et R6 (courbe M2) permettent de rendre plus raide l'un des flancs de la courbe d'atténuation.Comme cela apparaît d'ailleurs très nettement dans la courbe M1 ce raidissement du flanc de la courbe d'atténuation est dû à la fonction coupe-bande introduite par le résonateur auxiliaire associé au résonateur R I ; cette fonction coupe-bande laisse en effet apparaître une crevasse, K, bien visible dans la courbe M1 au voisinage de 750 MHz; ia fonction coupe-bande de la fente du résonateur R6 ajoutée à celle de la fente du résonateur RI permet de supprimer pratiquement complétement cette crevasse comme il apparaît sur la courbe
M2.

Il est à noter qu'en modifiant le réglage des condensateurs d'accord CO et CO' (figure 5), il est possible, en augmentant leur valeur, d'amener l'effet coupe-bande à se produire non plus vers 750 MHz mais vers 650 MH par exemple; c'est-à-dire qu'en faisant varier la longueur électrique des résonateurs auxiliaires de type demi-onde, il est possible de placer à volonté leur effet coupe-bande. Ceci est également valable avec des filtres à ruban comportant des résonateurs auxiliaires comme ceux qui ont été représentés sur les figures 1 à 4 dans la mesure où le résonateur auxiliaire comporte un condensateur d'accord tel que le condensateur CO de la figure 4.

I1 est également à noter qu'il est possible, chaque fois qu'un filtre passe-bande à résonateurs linéaires comporte plusieurs résonateurs, d'amener des effets coupe-bande par les résonateurs auxiliaires à fente sur des bandes de fréquences nettement distinctes les unes des autres; c'est ainsi que, par exemple, avec le filtre selon la figure 5, en associant des fentes et des condensateurs d'accord à tout ou partie des résonateurs
R2 et R5, il est possible de rendre également beaucoup plus raide l'autre flanc de la courbe d'atténuation du filtre c'est-à-dire celui qui est situé vers 650 MHz.

Il est à remarquer, au sujet des résonateurs à ruban, qu'il est possible d'y pratiquer des fentes plus longues que le résonateur principal, c'est-à-dire si l'on se réfère à la figure 3, des fentes plus longues que
4i ilsuffit pour cela que la fente soit en zigzag.

I1 est également à remarquer que l'invention s'applique en particulier aux filtres à résonateurs tubulaires de type demi-onde et aux filtres comportant à la fois des résonateurs demi-onde et des résonateurs quart-d'onde.

Claims (3)

1. REVENDICATIONS

   1. Filtre passe-bande comportant au moins un plan de masse (2) et n résonateurs (R, Rl-R6) linéaires (n entier positif) disposés au voisinage du plan de masse, caractérisé en ce que, afin d'ajouter une fonction coupe-bande, k (R, R1,R6) (k entier au plus égal à n) des n résonateurs présentent, à partir d'une extrémité isolée, une fente longitudinale (F), ouverte dans le résonateur considéré et qui détermine ainsi un résonateur auxiliaire du type demi-onde.
2. 2. Filtre selon la revendication I, caractérisé en ce qu'au moins un des k résonateurs est un résonateur du type demi-onde, c'est-à-dire comportant deux extrémités isolées, et en ce que ce résonateur demionde présente, à partir de chacune de ses extrémités, une fente longitudinale (figure 2).
3. 3. Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un condensateur (C1, CO,C'O) est branché entre les deux bords opposés d'au moins une fente longitudinale.