FR2548846A1 - Resonator circuit which can be tuned discretely to a plurality of tuning frequencies and filter including at least one such circuit - Google Patents
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Abstract
Description
CIRCUIT-RESOINATEUR ACCORDABLE D'UNE MANIERE DISCRETE SUR UNETUNING CIRCUIT TUNABLE IN A DISCRETE WAY ON A
PLUALITE DE FREQUENCES D'ACCORD ET FILTRE COMPORTANT AU MOINS MULTIPLE TUNING FREQUENCIES AND FILTER COMPRISING AT LEAST
UN TEL CIRCUITSUCH A CIRCUIT
L'invention eoncerne un circuit-résonateur accordable d'une manière disorête sur une pluralité de frequences d'accord comportant au moins un accès Four âtre connecté a une ligne de transmission transmettant des signaux à filtrer, une ligne principale sur laquelle est branchéee au moins wun circuit réactif variable constitue The invention relates to a resonator circuit tunable in a disorete manner on a plurality of tuning frequencies comprising at least one hearth oven access connected to a transmission line transmitting signals to be filtered, a main line to which is connected at least a variable reactive circuit constitutes
a partir d'un élément de corriutation commande par tension. from a voltage controlled corriutation element.
L'invention concerne aussi un filtre comportant au moins un tel circuit. The invention also relates to a filter comprising at least one such circuit.
Un tel filtre peut trouver des applications importan10 tes notamment dans les systèmes d'érission-réception utilisant la modulation par évasion de fréquence (FREQUE Ni CY HIOPPING) Le filtre connecté en sortie de l'émetteur ou a l'entrée des récepteurs doit suivre l 'évolution rapide des changements de fréquence Pour suivre un tel rythme, il est possible d'utiliser comme éléments de eommuta15 tion des diodes P I N. Un Dremier circuit-resonateur de ce genre est déerit dans le brevet des Etats-l 7 nis d'Am 4 érique délivré sous le numero 3 417 351 Dans ce cireuit- résonateur le circuit réactif variable est simplement constitué par ine diode P I N considérée, à la fré20 quence de travail ( 3 G Hz), comme un élément résonnant série à 'l'état ouvert et comme un élément selfique à l'état fermé Les fréquences d'accord de ce circuit d'accord sont tributaires des caractéristiques des diodes utilisées et la conception d'un tel circuit passe tout d'abord par la mesure des diodes P I N que l'on va utiliser. 25 La ligne prineipale de ce circuit-résonateur est branchée directement sur la ligne d'alimentation qui véhicule les signaux à filtrer Il en résulte un coefficient de surtension très peu élevé Such a filter can find important applications, in particular in transmission-reception systems using frequency evasion modulation (FREQUE or CY HIOPPING). The filter connected at the output of the transmitter or at the input of the receivers must follow the 'rapid change in frequency changes To follow such a rhythm, it is possible to use PI N diodes as switching elements. A Dremier circuit-resonator of this kind is described in the patent of the United States of America. Am 4 érique issued under the number 3 417 351 In this resonator the variable reactive circuit is simply constituted by a PIN diode considered, at the working frequency (3 G Hz), as a serial resonant element in the 'state open and as an inductive element in the closed state The tuning frequencies of this tuning circuit are dependent on the characteristics of the diodes used and the design of such a circuit first of all involves measuring the PIN diodes that the 'we go use. 25 The main line of this resonator circuit is connected directly to the supply line which carries the signals to be filtered. This results in a very low overvoltage coefficient
pour l'applieation envisagée.for the intended application.
On connait également un deuxième clrcuit-résonateur 30 de ce type décrit dans la demande de brevet français n 2 495 844. A second resonator clrcuit 30 of this type is also known, described in French patent application No. 2,495,844.
Dans ce circuit connu, réalisé à partir d'une ligne coaxiale, les éléments réactifs sont obtenus par des modifications de structures In this known circuit, produced from a coaxial line, the reactive elements are obtained by structural modifications
de l'âme de la ligne coaxiale.of the soul of the coaxial line.
La présente invention propose un circuit du genre mentionné dans le préambule qui, d'une part, est moins tributaire des caractéristiq es des élments de commutation et qui présente un meilleur coefficient de surtension que le pranier circuit-résonateur connu et qui, d'autre part, est d'une structure bien plus facile à The present invention provides a circuit of the kind mentioned in the preamble which, on the one hand, is less dependent on the characteristics of the switching elements and which has a better overvoltage coefficient than the known circuit-resonator pranier and which, on the other hand share, is of a structure much easier to
réaliser que le deuxieme circuit-résonateur connu. realize that the second known resonator circuit.
Pour cela, un circuit-résonateur accordable d'une manière discrète sur une pluralité de fréquences d'accord est remarquable en ce que chaque circuit réactif variable est constitué par For this, a resonator circuit tunable in a discrete manner over a plurality of tuning frequencies is remarkable in that each variable reactive circuit is constituted by
une ligne secondaire connectée à la ligne principale par ledit élément de commutation. a secondary line connected to the main line by said switching element.
La description suivante accompagnée des dessins ciannexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien The following description accompanied by the attached drawings, all given by way of non-limiting example, will do well
comprendre comment l'invention peut être réalisée. understand how the invention can be realized.
La figure 1 représente en vue éclatée un circuitrésonateur accordable conforme à l'invention. Figure 1 shows in exploded view a tunable resonator circuit according to the invention.
Les figures 2 à 8 représentent différents schémas Figures 2 to 8 show different diagrams
électriques destinés à expliquer le fonctionnement du circuitrésonateur conforme à l'invention. electrical intended to explain the operation of the resonator circuit according to the invention.
La figure 9 représente deux vues en coupe du circuitrésonateur de la figure 1. FIG. 9 represents two sectional views of the resonator circuit of FIG. 1.
La figure 10 représente un filtre formé de plusieurs FIG. 10 represents a filter formed by several
circuits-résonateurs conformes à l'invention. resonator circuits according to the invention.
La figure 11 montre un circuit de couplage en boucle convenant pour un circuit-résonateur conforme à l'invention. Figure 11 shows a loop coupling circuit suitable for a resonator circuit according to the invention.
La figure 1 représente un circuit-résonateur conforme 30 à l'invention réalisé en lignes triplaques Ce circuit-résonateur est formé à partir d'une ligne principale 1 dont la longueur est pratiquement inférieure au quart de la longueur d'onde correspondant à la fréquence la plus élevée sur laquelle le circuit-résonateur peut se régler Cette ligne I est formiée par un ruban déposé 35 sur une plaque isolante de circuit imprimé 2 de la plus faible épaisseur possible Cette plaque est déposée dans un bottier métallique que l'on a, sur la figure 1, représenté en deux parties: une partie inférieure 5 A qui eontient la plaque 2 et une partie supérieure 5 B venant normalement en contact avec la partie 5 A Les pa5 rois de ce bottier 5 A, 5 B constituent le plan de masse de la ligne 1 Le boîtier est rempli d'une mousse plastique, genre nid d'abeille, dont la permittivité est proehe de 1 et les pertes diélectriques, faibles de sorte que le coefficient de surtension n'est pas awoindri Une extrémité 6 de cette ligne 1 est court-circuitée: pour cela, elle est mise en contact avec une paroi du bottier 5 A, B L'autre extrémité 7 est libre Un accès 8 permet la connexion sur une ligne, non représentée, transmettant des signaux à filtrer, un accès 9 fournit à l'utilisation les signaux filtrés; il est entendu de ee fait que le circuit-résonateur fonctionne dans le mode 15 transmission Le mode absorption peut être aussi-envisagé En des e 15 emplacements repérés par des traits 11, 12, 13, 14, on a disposé FIG. 1 represents a resonator circuit in accordance with the invention produced in triplate lines This resonator circuit is formed from a main line 1 whose length is practically less than a quarter of the wavelength corresponding to the frequency the highest on which the resonator circuit can be adjusted This line I is formed by a tape deposited 35 on an insulating plate of printed circuit 2 of the smallest possible thickness This plate is deposited in a metal shoemaker that one has, in FIG. 1, represented in two parts: a lower part 5 A which contains the plate 2 and an upper part 5 B normally coming into contact with part 5 A The walls of this shoemaker 5 A, 5 B constitute the plane of mass of line 1 The housing is filled with a plastic foam, like a honeycomb, whose permittivity is close to 1 and the dielectric losses, low so that the overvoltage coefficient is not reduced One end 6 of this line 1 is short-circuited: for this, it is brought into contact with a wall of the shoemaker 5 A, B The other end 7 is free An access 8 allows connection on a line, not shown, transmitting signals to be filtered, an access 9 provides the filtered signals with use; it is understood that the resonator circuit operates in the transmission mode. The absorption mode can also be envisaged. In the 15 locations identified by lines 11, 12, 13, 14, we have arranged
des circuits réactifs variables.variable reactive circuits.
Ces circuits réactifs comportent un élément de commutation 31, 32, 33, 34; cet élément de commutation est de préfé20 rence une diode P I N L'état de conduction ou de non-conduction de ces éléments 31 à 34 est déterminé par la position des interrupteurs 41, 42, 43 et 44; selon la position ouverte ou fermée de Ces interrupteurs une tension de commande V issue d'une source de These reactive circuits include a switching element 31, 32, 33, 34; this switching element is preferably a diode P I N The conduction or non-conduction state of these elements 31 to 34 is determined by the position of the switches 41, 42, 43 and 44; depending on the open or closed position of these switches, a control voltage V from a source of
tension 50 est appliquée ou non aux éléments 31, 32, 33 et 34. voltage 50 is applied or not to elements 31, 32, 33 and 34.
Ainsi en manoeuvrant ces interrupteurs il est possible d'accorder So by operating these switches it is possible to tune
le cireuit-résonateur sur différentes fréquences. the resonator circuit on different frequencies.
Conformément à l'invention, chaque circuit réactif variable est constitué par une ligne secondaire 51, 52, 53 et 54 respectivement connectée à la ligne principale 1 par les éléments 30 de commutation respectifs 31, 32, 33 et 34. According to the invention, each variable reactive circuit is constituted by a secondary line 51, 52, 53 and 54 respectively connected to the main line 1 by the respective switching elements 31, 32, 33 and 34.
Les lignes secondaires dont la longueur électrique est, en pratique, inférieure à 90 peuvent avoir leur extrémité opposée à la ligne principale, libre ou court-circuitée Ainsi, les lignes 52, 53 et 54 ont leur extrémité ouverte alors que la 35 ligne 51 constitue une ligne triplaque court-circuitée pour la haute fréquence au moyen d'une plaque 59 Pour appliquer les tensions de commande aux diodes 31, 32, 33 et 34 il convient de prévoir certaines mesures Ainsi pour la diode 31, la plaque 59 est reliée aux fonds des parties 5 A et 5 B du boîtier, par l'intermédiaire d'un condensateur: ainsi sur la figure 1, est représenté le condensateur Secondary lines whose electrical length is, in practice, less than 90 may have their end opposite to the main line, free or short-circuited. Thus, lines 52, 53 and 54 have their ends open while line 51 constitutes a triplate line short-circuited for the high frequency by means of a plate 59 To apply the control voltages to the diodes 31, 32, 33 and 34 it is advisable to envisage certain measures Thus for the diode 31, the plate 59 is connected to bottoms of parts 5 A and 5 B of the housing, by means of a capacitor: thus in FIG. 1, the capacitor is represented
qui est plaqué sur le fond de la partie 5 A Une connexion électrique 61 relie alors la plaque 59 à une extrémité de l'interrupteur 41. which is pressed against the bottom of part 5 A An electrical connection 61 then connects the plate 59 to one end of the switch 41.
Pour polariser les diodes 32, 33 et 3411, on a prévu des bobines localisées 62, 63 et 64, encore efficaces aux fréquences envisagées (% 300 M Hz) Une extrémité de ces bobines est connectée aux extrémités libres des lignes secondaires 52, 53 et 54 et l'autre extrémité aux interrupteurs 42, 43 et 44 par l'intermédiaire de condensateurs de passage 72, 73 et 74 fixés aux parois des parties 5 A et 5 B Le couplage entre les acecs 8 et 9 et le circuit-résonateur est assuré 15 par des petites antennes 75 et 76 situées vers l'extrémité libre de To bias the diodes 32, 33 and 3411, localized coils 62, 63 and 64 are provided, which are still effective at the frequencies envisaged (% 300 M Hz). One end of these coils is connected to the free ends of the secondary lines 52, 53 and 54 and the other end to switches 42, 43 and 44 by means of passage capacitors 72, 73 and 74 fixed to the walls of parts 5 A and 5 B The coupling between acecs 8 and 9 and the resonator circuit is provided 15 by small antennas 75 and 76 located towards the free end of
la ligne principale 1.main line 1.
A la figure 2, on a représenté un schéma équivalent du circuit-résonateur de la figure 1 Sur cette figure 2, les références B 1, B 2, B 3 et B 4 correspondent aux susceptances ramenées aux 20 niveaux des traits 11, 12, 13 et 14 par les lignes 51, 52, 53 et 54. In FIG. 2, an equivalent diagram of the resonator circuit of FIG. 1 has been represented. In this FIG. 2, the references B 1, B 2, B 3 and B 4 correspond to the susceptances reduced to the 20 levels of the lines 11, 12, 13 and 14 by lines 51, 52, 53 and 54.
La susceptance ramenée est négative pour la ligne 51 et positive The susceptance brought back is negative for line 51 and positive
puur les lignes 52, 53 et 54.for lines 52, 53 and 54.
Bl = j Y 1 cotg (e ú 1) B 2 = + j Y 2 tg (e 2) B 3 = + j Y 3 tg (f ú 3) B 4 = + j Y 4 tg (f ú 4) Y 1, Y 2, Y 3, Y 4 sont les admittances caractéristiques respectives des lignes 51, 52, 53 et 54, ú 1, ú 2, ú 3 et ú 4 sont leurs longueurs géométriques. est le nombre d'onde: = 2 r o A est la longueur d'onde, w est la pulsation de l'onde, ú la permittivité du milieu remplissant la ligne triplaque, on prend Bl = j Y 1 cotg (e ú 1) B 2 = + j Y 2 tg (e 2) B 3 = + j Y 3 tg (f ú 3) B 4 = + j Y 4 tg (f ú 4) Y 1, Y 2, Y 3, Y 4 are the respective characteristic admittances of lines 51, 52, 53 and 54, ú 1, ú 2, ú 3 and ú 4 are their geometric lengths. is the wavenumber: = 2 r o A is the wavelength, w is the pulsation of the wave, ú the permittivity of the medium filling the triple line, we take
r l.r l.
Il est à noter qu'en pratique les lignes 51, 52, 53 35 et 54 sont courtes devant X de sorte-que: Bl = -j Y 1 B 2 = j Y 2 92 B 3 = j Y 3 9 3 B 4 = j Y 4 ( 4 ces lignes ont alors un comportement purement selfique ou purement capacitif. Pour simplifier les explications on considère une de ces susceptances par exemple B 3, ce qui est représenté aux figures 3 à 8 La susceptance B 3 est donc reliée à la ligne 1 par l'inter10 médiaire de la diode P I N 53 (figure 3) Lorsqu'une diode P I N. conduit, elle est équivalente à une faible résistance Rds en série avec B 3 (figure 4) Si la susceptance B 3 est, par exemple, une capacité C 3, le schéma de la figure 5 est équivalent à celui de la figure 4 avec R = 1/Rds (C 3,)2 ( 1) pourvu que Rd C 3 W << 1 ce qui est toujours vérifié Lorsque la diode P I N est bloquée, elle èst équivalente à une grande résistance Rdp shuntée par une capacité parasite Cp 3, letout disposé en série avec B 3 (figure 6) Si la susceptance B 3 correspond à une 20 capacité d'accord C 3, le schéma de la figure 6 est équivalent à celui de la figure 7 o: Note that in practice lines 51, 52, 53 35 and 54 are short in front of X so that: Bl = -j Y 1 B 2 = j Y 2 92 B 3 = j Y 3 9 3 B 4 = j Y 4 (4 these lines then have a purely inductive or purely capacitive behavior. To simplify the explanations, consider one of these susceptances for example B 3, which is represented in FIGS. 3 to 8 The susceptance B 3 is therefore connected to line 1 through the middle of diode PIN 53 (figure 3) When a diode PI N. leads, it is equivalent to a low resistance Rds in series with B 3 (figure 4) If the susceptance B 3 is, for example, a capacity C 3, the diagram of FIG. 5 is equivalent to that of FIG. 4 with R = 1 / Rds (C 3,) 2 (1) provided that Rd C 3 W << 1 which is always checked When the PIN diode is blocked, it is equivalent to a large resistance Rdp shunted by a parasitic capacitance Cp 3, all arranged in series with B 3 (figure 6) If the susceptance B 3 corresponds to a capacitance d agreement C 3, the diagram of FIG. 6 is equivalent to that of FIG. 7 o:
C 3 C CC 3 C C
C = C et RI = Rd _ Pa ( 2)C = C and RI = Rd _ Pa (2)
à condition que Rd C <w " 1 ce qui est toujours vérifié. provided that Rd C <w "1 which is always verified.
Comm C " C 3, on a Ct et C R et R R le À,, P, P 3, t schema radioélectrique correspondant à la diode bloquee est celui Comm C "C 3, we have Ct and C R and R R the To ,, P, P 3, t radio diagram corresponding to the blocked diode is that
de la figure 8.of figure 8.
En résumé, dans le cas o l'élément d'accord est une susceptance positive (capacité C 3), la figure 5 montre que la diode conduisant, on ramène effectivement en parallèle sur la ligne prin30 cipale du résonateur, la capacité C 3 shuntée par une grande résistance Dans le cas o la diode est bloquée (figure 8), on ramnme en parallèle sur la ligne deux très faibles susceptances devant Yo (admittance caractéristique de la ligne 1) à savoir C W et 1/R O qui ont Pu In summary, in the case where the tuning element is a positive susceptance (capacitance C 3), FIG. 5 shows that with the diode leading, the capacitance C 3 shunted is effectively brought back in parallel on the main line of the resonator by a large resistance In the case where the diode is blocked (figure 8), one returns in parallel on the line two very weak susceptances in front of Yo (characteristic admittance of line 1) namely CW and 1 / RO which have Pu
1/Rd qui ont une influence faible.1 / Rd which have a weak influence.
pp
2548846 '2548846 '
On peut, en comparant les expressions ( 1) et ( 2) et en choisissant R = R' Rd soit obtenir sensiú d Rds obtenir sensiblenent pour les-deux fonctionnnements de la diode P I N (conduisant ou bloquée) le même coefficient de surtension Ainsi avec R = 2 104 ohms et Rd = 0,15 ohms, on déduit pour f = 3 108 Hz: Ci = 9,7 p F C'est une valeur moyenne des capacités nécessaires We can, by comparing the expressions (1) and (2) and choosing R = R 'Rd either get sensiú d Rds get sensiblenent for the two operations of the PIN diode (driving or blocked) the same coefficient of overvoltage So with R = 2,104 ohms and Rd = 0.15 ohms, we deduce for f = 3,108 Hz: Ci = 9.7 p F It is an average value of the capacities required
pour accorder la cavité On doit remarquer que, dans l'évaluation paramétrique du résonateur, il est nécessaire de tenir compte de la capacité parasite Cp 3 ou mieux de la capacité Ct très voisine. to tune the cavity It should be noted that, in the parametric evaluation of the resonator, it is necessary to take account of the parasitic capacity Cp 3 or better of the very close capacity Ct.
Pour fixer les idées, on précise dans ce qui suit, différentes c 3 tes du circuit-résonateur montré à la figure 1 Les lignes secondaires sont représentées, pour la clarté du dessin par des petits blocs référencés par la capacité ou la self induction qu'elles apportent, les lignes secondaires étant très courtes de15 vant la longueur d'onde A Le tableau I donne les valeurs de L 1, C 2, C 3 et C 4 amenées par les lignes 51, 52, 53 et 54 et les distancees dl, d 2, d 3, d 4 de leur emplacement, comptées à partir de To fix the ideas, we specify in the following, different c 3 tes of the resonator circuit shown in Figure 1 The secondary lines are represented, for the clarity of the drawing by small blocks referenced by the capacity or self induction that they provide, the secondary lines being very short of 15 before the wavelength A Table I gives the values of L 1, C 2, C 3 and C 4 brought by the lines 51, 52, 53 and 54 and the distances dl , d 2, d 3, d 4 of their location, counted from
l'extrémité ouverte de la ligne 1. the open end of line 1.
TABLEAU ITABLE I
dl = 115 mm d 2 = 159 m d 3 = 170 mm d 4 = 184 mm L 1 = 5,87 n H C 2 = 28, 8 p F C 3 = 17,13 p F C 4 = 11,76 p F la longueur d T de la ligne principale 1 a pour valeur: dl = 115 mm d 2 = 159 md 3 = 170 mm d 4 = 184 mm L 1 = 5.87 n HC 2 = 28.8 p CF 3 = 17.13 p CF 4 = 11.76 p F the length d T of main line 1 has the value:
d T = 245,85 mm, sa largeur W = 132 mm, la hauteur b du circuitrésonateur: b = 22, sa largeur totale úT = 190 sa longueur 25 totale LT = 320 mm. d T = 245.85 mm, its width W = 132 mm, the height b of the resonator circuit: b = 22, its total width úT = 190 its total length LT = 320 mm.
Le tableau II suivant donne les valeurs des fréquenes d'accord du circuitrésonateur en fonetion des positions The following table II gives the values of the tuning frequencies of the resonator circuit according to the positions
O ou F des interrupteurs 41, 42, 43 et 44. O or F of switches 41, 42, 43 and 44.
TABLEAU IITABLE II
POSITION DES 41 42POSITION OF 41 42
INTERRUPTEURSSWITCHES
43 4443 44
15 o O O O o o F F F F F F F F F F F F F o F F F F o o F F F F o o F F o F F O F F F F o F F F F O 15 o O O O o o F F F F F F F F F F F F F o F F F F o o F F F F o o F F o F F O F F F F o F F F F O
229,98 236,97229.98 236.97
244 >,45 252,38 262,45 272,48 283,12 294,35 306,58 317,05 244>, 45 252.38 262.45 272.48 283.12 294.35 306.58 317.05
327,94 339,44 355,53 370,80 385,70 400,31 327.94 339.44 355.53 370.80 385.70 400.31
FREQUENCES D'ACCORD M Hz i Le filtre montré à la figure 10 se compose de cinq eircuits-résonateurs conformes a i 'invention ces circuits portent les références 100, 101, 102, 103 et 104, ces circuits sont accolés sur leur plus grande face de sorte que les circuits 100 et 101, 101 et 102, 102 et 103 et enfin 103 et 104 aient une paroi 25 commune Des accès 110 et 111 sont prévus respectivement sur les parois extérieures des circuitsrésonateurs 100 et 104 pour une connexion d'utilisation Les couplages s'effectuent tant pour les accès que pour les circuits-résonateurs entreeux par de petites antennes TUNING FREQUENCIES M Hz i The filter shown in FIG. 10 is made up of five resonator circuits in accordance with the invention. These circuits bear the references 100, 101, 102, 103 and 104, these circuits are placed side by side on their largest face. so that circuits 100 and 101, 101 and 102, 102 and 103 and finally 103 and 104 have a common wall 25 Accesses 110 and 111 are provided respectively on the external walls of resonator circuits 100 and 104 for a connection of use The couplings are carried out both for the accesses and for the resonator circuits between them by small antennas
, 116, 117, 118 et 120., 116, 117, 118 and 120.
Le couplage au lieu d'etre réalisé par de petites The coupling instead of being carried out by small
antennes peut l'être par des boucles 200 et 201 disposées au voisinage de l'extrnmité 6 comme cela est représenté à la figure 11. antennas can be by loops 200 and 201 arranged in the vicinity of the end 6 as shown in FIG. 11.
Ce couplage par boucles peut être utilisé aussi bien pour les connexions d'utilisation que pour le couplage des circuits-résonateurs entre eux. This loop coupling can be used both for use connections and for coupling the resonator circuits together.
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1983
- 1983-07-08 FR FR8311417A patent/FR2548846B1/en not_active Expired
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2548846B1 (en) | 1985-10-25 |
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