FR2583234A1 - Filtre a constantes localisees - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE LES FILTRES A CONSTANTES LOCALISEES, ACCORDABLES, DU TYPE LC A COUPLAGE ELECTROMAGNETIQUES SUSCEPTIBLES DE FILTRER CES SIGNAUX DANS LE DOMAINE DES HYPERFREQUENCES, CES FILTRES ETANT CONSTITUES PAR DES CELLULES ETANCHES DANS LESQUELLES LES INDUCTANCES SONT REALISEES PAR DES LAMES COMPORTANT DES PARTIES SITUEES PROCHES DES OUVERTURES PRATIQUEES DANS LES CLOISONS DES CELLULES ET QUI PERMETTENT LES COUPLAGES MAGNETIQUES ET ELECTRIQUES ENTRE CELLULES ADJACENTES. APPLICATION AU FILTRAGE HYPERFREQUENCE.

Description

FILTRE A CONSTANTES LOCALISEES-
La présente invention concerne les filtres à constantes localisées et plus particulièrement les filtres accordables du type LC à couplage électromagnétique susceptibles de filtrer des signaux dans le domaine des hyperfréquences.

II est usuel pour le domaine des hyperfréquences d'utiliser des filtres à constantes réparties. Toutefois le domaine d'application de ces filtres est limité par des contraintes dues à la fabrication ou à l'encombrement. En effet, pour les fréquences les plus basses du domaine des hyperfréquences les filtres sont trop encombrants et pour les fréquences les plus élevées on rencontre des difficultés d'usinage. Par ailleurs la bande passante de ces filtres est généralement trop étroite pour certaines applications.

Il existe dans le commerce des filtres à constantes localisées permettent de travailler dans ce domaine de fréquence, mais ils ont pour inconvénient d'être sensibles aux variations de température. En effet, les inductances sont constituées par des barreaux qui s'appuient sur les condensateurs. Une augmentation de la température provoque une dilatation de l'inductance qui pousse le condensateur ce qui a pour effet de modifier sa valeur capacitive et par conséquent de modifier l'accord de la cellule concernée. La réponse du filtre se trouve modifiée.

La présente invention permet de remédier à ce problème en proposant un filtre à constantes localisées comprenant des circuits
LC principalement caractérisé en ce que les inductances de ces circuits sont des lames.

Le filtre est constitué par un boîtier comportant des cellules délimitées par des cloisons, les circuits LC étant disposés à l'intérieur des cellules, des premières et deuxièmes ouvertures étant pratiquées sur les cloisons de manière à permettre respectivement des couplages magnétiques et des couplages électriques entre circuits adjacents, caractérisé en ce que les lames constituant les inductances ont une forme courbée de manière à comporter une partie proche de chaque ouverture pratiquée pour les couplages magnétiques.

D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante présentée à titre d'exemple non limitatif et faite en regard des figures du dessin annexé sur lequel: - la figure l représente une vue de dessus du filtre selon l'invention; - la figure 2 représente une première réalisation particulière d'une cellule LC selon la figure 1 ; - la figure 3 représente une deuxième réalisation particulière d'une cellule LC; - la figure 4 représente une variante de réalisation selon la figure 3.

Sur la figure 1, on a représenté un filtre selon l'invention, avec comme exemple non limitatif cinq cellules comportant des circuits oscillants de type LC à couplage électromagnétique, ces cellules étant référencées RI, R2... R5. Le nombre de cellules est choisi pour obtenir le nombre de pôles, c'est-à-dire les pointes s'affai blissent désirées en fonction de la réponse en fréquence que l'on désire obtenir. Ce nombre de cellules permet en fonction des valeurs données aux constantes localisées, d'obtenir par les méthodes classiques de calcul des filtres la réponse amplitudelfréquence.

Le-filtre se présente sous la forme d'un boîtier métallique 1 à
Pintérieur duquel sont placés les éléments à constantes localisées de manière à constituer les cellules de résonance R1 à R5. Chaque cellule comporte un condensateur référencé respectivement Cl -
C5, à capacité variable, et une inductance Ll - L5. Les cellules sont séparées entre-elles par des cloisons 2. Ces cloisons permettent d'éliminer les couplages parasites entre circuits oscillants non adjacents. Des ouvertures 3, 4 calibrées sont aménagées dans ces cloisons. Les ouvertures référencées 3 permettent d'effectuer des couplages entre les condensateurs de deux cellules adjacentes. Les ouvertures référencées 4 permettent d'effectuer des couplages entre les inductances de deux cellules adjacentes.Ces ouvertures ont des dimensions appropriées pour permettre de doser le champ électrique et le champ magnétique afin d'obtenir une réponse fréquentielle symétrique, le calcul des dimensions étant connu en soi.

Le filtre est un filtre passe bande, il est accordable au moyen des condensateurs Cl - C5 variables. Les circuits sont couplés entre eux, deux à deux, le coefficient de couplage ayant défini les dimensions des ouvertures. Un tel filtre permet d'obtenir une réponse amplitudelfréquence du type Tchebychev ou Butterworth.

Le filtre comporte une entrée E et une sortie S. L'entrée permet d'introduire un tronçon de ligne coaxiale 5 connecté à l'inductance LI en un point de référence 6 où est situé un trou apte à recevoir l'extrémité du câble coaxial de manière à préciser le positionnement du tronçon de ligne en ce point 6 de l'inductance pour réaliser une adaptation d'impédance en entrée. De la même façon, la sortie S permet d'introduire un tronçon de ligne coaxiale 7, connecté à l'inductance L5 en un point 8 de manière à préciser le positionnement du tronçon de ligne sur l'inductance pour réaliser une adaptation d'impédance en sortie.

La forme particulière des inductances Ll - LS permet d'obtenir un filtre pouvant travailler dans le domaine des hyperfréquences, peu sensible à l'augmentation de la température de l'environnement dans lequel il se trouve. En effet, les inductances L 1 - L5 sont réalisées par des lames métalliques. Ces lames ont moins de prise sur les condensateurs lorsqu'elles se dilatent par rapport aux tiges utilisées classiquement. La forme spécifique donnée aux inductances contribue à réduire les effets de la dilation et permet de faciliter la réalisation du couplage magnétique entre circuits.L'inductance qui se trouve dans la cellule R2 comporte une partie courbée et repliée dont un tronçon 9 est proche de l'ouverture 4 face à la partie 21 de l'inductance de la cellule placée en amont, et un tronçon 14 proche de l'ouverture 4 face à la partie 14 (ou 9) de l'inductance de la cellule centrale R3 placée en aval, ce qui a pour effet de faciliter la réalisation du couplage magnétique entre les circuits.

L'inductance qui se trouve dans la cellule R4 comporte une partie courbée et reliée dont un tronçon 9 est proche de l'ouverture 4 face à la partie 21 de l'inductance de la cellule placée en aval, et un tronçon 14 proche de l'ouverture 4 face à la partie 9 (ou 14) de l'inductance de la cellule centrale R3.

Les inductances des cellules intermédiaires placées entre la cellule d'entrée R1 et la cellule de sortie R5, comportent deux parties 13, 14 de lame droite rectiligne. La première partie droite 13 prolonge le demi-anneau 11 en formant un coude 15, et est située dans un plan médian par rapport aux cloisons séparatrices 2 et parallèle à ces cloisons.

La deuxième partie droite 14 est située dans un plan parallèle aux cloisons proche de l'une des cloisons soit la cloison de droite, soit la doison de gauche selon le rang de la cellule dans laquelle l'inductance se trouve. Cette partie 14 se trouve proche de ltouver- ture 4 pratiquée dans la cloison ce qui améliore le coefficient de couplage.

La première 13 et la deuxième 14 partie de la lame sont reliées par une partie qui forme un méandre 9 tourné vers la droite pour la cellule R4 pour réaliser le couplage magnétique avec la cellule R5; et tourné vers la gauche pour la cellule R2 pour réaliser le couplage magnétique avec la cellule R1. Le méandre comporte deux parties qui sont des tronçons de lame rectilignes 16, 17 sensiblement parallèles placées dans un plan incliné par rapport aux plans dans lesquels se trouvent les parties de lames 13 et 14: il comporte également une partie constituée par un tronçon de lame rectiligne 9 qui relie les deux tronçons 13 et 14 en formant un coude à chaque liaison.

Dans les cellules d'entrée et sortie, les inductances ont une forme légèrement différente car seule une partie proche de l'ouverture 4 est nécessaire pour le couplage magnétique vers la cellule aval pour la cellule d'entrée et amont pour la cellule de sortie.

Cette forme se rapproche d'une forme en zigzag. La partie de lame 18 qui prolonge la demi-anneau Il est inclinée par rapport aux plans dans lesquels se trouvent les cloisons 2. Une partie de lame 19 prolonge la partie 18 en formant un coude 20 et est placée dans un plan perpendiculaire au plan dans lequel se trouvent les cloisons.

Cette partie de lame 19 se prolonge en formant un coude et se termine par une partie droite 21 se trouvant dans un plan parallèle au plan dans lequel se trouve une cloison séparatrice 2 et proche de celle-ci.

Dans cette réalisation particulière chaque inductance comporte un demi-anneau Il surmonté d'un patte 12 qui permet d'accrocher l'inductance sur le condensateur pour la positionner correc- tement dans la hauteur du boîtier, la liaison électrique étant assurée par soudure.

L'extrémité 22 de l'inductance, opposée à l'extrémité rattachée aux condensateurs est maintenue dans une glissière 23 logée dans une paroi 14 du boîtier constituant le filtre, ce boîtier étant maintenu à la masse.

Le zigzag de l'inductance L1 n'est pas placé dans le même sens que le zigzag de l'inductance 15 de manière à ce que chacune des inductances présente la partie 21 proche de l'ouverture 4 pratiquée dans les cloisons 2.

La forme zigzag ou la forme de méandre donne de l'élasticité à la lame. Chacune de ses parties ayant des directions différentes va se dilater dans le sens de ces directions. La dilatation est donc répartie sur chaque tronçon ce qui provoque de légères déformations aux niveaux des coudes mais diminue la dilatation totale. Les dilatations du ruban (des lames) en température sont donc absorbées et le filtre devient stable.

Sur la figure 2, on a représente partiellement la cellule R2 de manière à mettre en évidence des détails de réalisation. Le condensateur C2 traverse la paroi du fond 25 de la cellule de manière à pouvoir être réglé de l'extérieur du filtre, celui-ci étant fermé hermétiquement. L'extrémité 22 de l'inductance L2 est calée au fond de la glissière 23. La glissière placée sur la paroi 24 permet ainsi de bien positionner l'inductance dans la cellule, cette inductance étant placée dans un plan horizontal parallèle à la paroi 25.

Les méthodes classiques de synthèse des filtres permettent de calculer le positionnement et la longueur de chaque inductance ainsi que les dimensions des ouvertures 3 et 4 pour permettre un couplage entre cellules. Les trous de couplage 3 réalisent un couplage électrique et permettent de rendre symétrique la réponse amplitude/fréquence.

Sur la figure 3, on a représenté partiellement une cellule P2, dans laquelle l'implantation de l'inductance L2 présente une variante de réalisation équivalente à la réalisation de la figure 2.

L'inductance est placée partiellement dans un plan vertical, c'est-à-dire selon un plan parallèle aux parois latérales 26-27 de la cellule P2. L'extrémité 22 de l'inductance est calée dans un logement 30 tracé dans le fond 25 de la cellule.

Sur la figure 4, on a représenté une variante de réalisation d'une inductance selon la figure 3. Chaque inductance peut être constituée par deux lames souples M2 et N2 ayant la forme appropriée pour réaliser les couplages entre deux cellules adjacentes. Les deux inductances forment une cellule en T avec le condensateur C2. Les extrémités 22 de chacune des lames sont calées dans des logements 30 tracés dans le fond de la cellule. Cette réalisation est équivalente aux deux autres variantes représentées sur les figures 2 et 3.

La présente invention permet donc d'obtenir un filtre de faible encombrement, accordable dans une large gamme de fréquences du domaine des hyperfréquences. Un filtre à deux cellules par exemple 2 a un encombrement inférieur à 3 cm2, et un filtre à dix cellules a un encombrement inférieur à 15cl2. Les condensateurs utilisés ont une valeur maximale inférieure à 10 pF, un coefficient de surtension
Q supérieur à 730, et un coefficient de température voisin de zéro.

Les inductances sont dans cette réalisation particulière des lames en argent de section rectangulaire de 3 mm x 0,3 mm et de longueur dépliée de 20 mm environ. La réalisation peut être obtenue par exemple par emboutissage, ou par pliage.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1. Filtre à constante localisée comprenant des circuits LC, caractérisé en ce que les inductances sont constituées par des lames souples conductrices (Ll-L5).

2. Filtre selon la revendication 1, constitué par un bottier comportant des cellules délimitées par des cloisons (2), les circuits

LC étant disposés à l'intérieur des cellules, des premières (4) et deuxièmes (3) ouvertures étant pratiquées sur les cloisons de manière à permettre respectivement des couplages magnétiques et des couplages électriques entre circuits adjacents, caractérisé en ce que les lames constituant les inductances (L1-L5) ont une forme courbée de manière à comporter une partie (9, 14, 21) proche de chaque ouverture pratiquée pour les couplages magnétiques.

3. Filtre selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque inductance (L2-L4) comporte une partie en demi-anneau rattachée au condensateur, une première partie droite (13), une partie courbe (16, 9, 17) et une deuxième partie droite (14) dont l'extrémité est calée dans une paroi (24, 25) du boîtier.

4. Filtre selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce chaque inductance (L1-L5) comporte une partie en demi-anneau (11) rattachée au condensateur, une partie en zigzag (18, 19, 21) dont Extrémité est calée dans une paroi du bottier (24, 25).

5. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les inductances (L1, L5) sont placées verticalement dans les cellules.

6. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les inductances (L1-L5) sont placées horizontalement dans les cellules.

7. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1à 6, caractérisé en ce que chaque inductance est constituée par deux lames (N2, M2), chacune des lames comportant une partie (34, 32) proche d'une ouverture pratiquée sur une cloison pour effectuer un couplage magnétique.