FR2639776A1 - Passive band-pass filter - Google Patents
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Abstract
Description
FILTRE PASSIF PASSE-BANDE
La présente invention concerne un filtre passif passe-bande, réalisé selon la technologie des circuits hybrides.PASSIVE BAND PASS FILTER
The present invention relates to a passive bandpass filter, produced using hybrid circuit technology.
La structure de ce filtre passif permet de l'adapter, dans le domaine des hyperfréquences, à la fréquence centrale recherchée avec un bon taux de résection des fréquences inférieures. Il est réalisé sous forme de microbandes sur un substrat céramique.The structure of this passive filter makes it possible to adapt it, in the microwave domain, to the desired central frequency with a good rate of resection of the lower frequencies. It is produced in the form of microstrips on a ceramic substrate.
Différents types de filtres passe-bande sont connus, réalisés en microbandes sur un substrat céramique, selon les technologies couche épaisse ou couche mince. Un exemple en est donné en figure 1, sur laquelle deux peignes de microbandes interdigités 1 et 2 sont déposés sur un substrat 3. Les microbandes ont une longueur X g/4, Xg étant la longueur d'onde guidée dans une microbande, et leur point commun est réuni au plan de masse qui se trouve sur la face arrière du substrat 3. Different types of bandpass filters are known, produced in microstrips on a ceramic substrate, according to the thick layer or thin layer technologies. An example is given in FIG. 1, on which two combs of interdigitated microstrips 1 and 2 are deposited on a substrate 3. The microstrips have a length X g / 4, Xg being the wavelength guided in a microstrip, and their common point is joined to the ground plane which is on the rear face of the substrate 3.
L'entrée E du signal est appliquée à une extrémité libre de la première microbande d'un premier peigne, et la sortie S filtrée est recueillie à une extrémité libre de la dernière microbande d'un second peigne. Ces filtres connus ont deux types d'inconvénients. D'abord, ils occupent une place relativement importante. Actuellement, les techniques de circuits hybrides subissent l'influence de la densité des circuits intégrés qui sont rapportés sur un substrat de circuit hybride, surtout les
VLSI à très haute densité d'intégration, et les composants, rapportés sur un circuit hybride doivent eux aussi être densifiés, surtout s'ils fonctionnent en hyperfréquences.The signal input E is applied to a free end of the first microstrip of a first comb, and the filtered output S is collected at a free end of the last microstrip of a second comb. These known filters have two types of drawbacks. First, they occupy a relatively important place. Currently, hybrid circuit techniques are influenced by the density of integrated circuits that are reported on a hybrid circuit substrate, especially the
VLSI with very high integration density, and the components added to a hybrid circuit must also be densified, especially if they operate at microwave frequencies.
Ensuite, ces filtres connus ont une courbe de réponse qui, pour une perte d'insertion donnée, n'est pas suffisamment carrée : c'est une courbe en cloche dont les flancs ne sont pas assez abrupts. Then, these known filters have a response curve which, for a given insertion loss, is not sufficiently square: it is a bell curve whose flanks are not steep enough.
Le filtre passif passe-bande selon l'invention permet de supprimer ces deux inconvenients. Il n'occupe qu'une faible surface sur un substrat diélectrique, et Sa courbe de réponse est franche : en dehors de la bande passante, elle coupe franchement les fréquences extérieures, surtout les fréquences plus faibles. The passive bandpass filter according to the invention makes it possible to eliminate these two drawbacks. It occupies only a small area on a dielectric substrate, and its response curve is clear: outside the bandwidth, it frankly cuts outside frequencies, especially the lower frequencies.
Il est constitué d'une pluralité de lignes microbandes, parallèles entre elles, dont toutes les extrêmités d'un même côté sont réunles au plan de masse porté par la face opposée du substrat diélectrique. L'entrée E du signal est appliquée sur la première microbande et la sortie S du signal filtré est recueillie sur la dernière microbande. Dans cette série de microbandes, au moins deux lignes microbandes non voisines, donc non couplées par électromagnétisme, sont couplées par une impédance, self ou capacité, rapportée sur le substrat. It consists of a plurality of microstrip lines, parallel to each other, all the ends of which on the same side are joined to the ground plane carried by the opposite face of the dielectric substrate. The signal input E is applied to the first microstrip and the output S of the filtered signal is collected on the last microstrip. In this series of microstrips, at least two non-neighboring microstrip lines, therefore not coupled by electromagnetism, are coupled by an impedance, self or capacitance, reported on the substrate.
Les distances, par rapport aux points de masse, auxquelles sont connectées l'entrée, la sortie et les connexions de l'impédance, permettent de régler les impédances d'entrée, de sortie et de modifier la forme de .a courbe de réponse du filtre.The distances from the ground points, to which the input, output and impedance connections are connected, make it possible to adjust the input and output impedances and to modify the shape of the response curve of the filtered.
De façon plus précise, l'invention concerne un filtre passif passe-bande, réalisé au moyen de microbandes déposées sur une face d'un substrat diélectrique, caractérisé en ce qu'il comprend au moins trois microbandes, parallèles entre elles, dont une extrémité est réunie par des moyens appropriés au plan de masse porté par la seconde face du substrat, au moins deux des dites microbandes, non voisines sur le substrat, étant couplées par une impédance Z de couplage , qui est une self ou une capacité. More specifically, the invention relates to a passive bandpass filter, produced by means of microstrips deposited on one face of a dielectric substrate, characterized in that it comprises at least three microstrips, parallel to each other, one end of which is brought together by means appropriate to the ground plane carried by the second face of the substrate, at least two of said microstrips, not neighboring on the substrate, being coupled by a coupling impedance Z, which is a self or a capacitance.
L'invention sera mieux comprise par la description d'un exemple d'application, faite en s'appuyant sur les figures jointes en annexe, qui représentent: - fig. 1 schéma d'un filtre passif passe-bande selon l'art connu, déjà exposé, - fig. 2 : schéma d'un filtre passif passe-bande selon l'invention, - fig. 3 : courbe de réponse, en fonction de la fréquence, d'un filtre selon l'invention, sans ou avec impédance de couplage. The invention will be better understood from the description of an example application, made on the basis of the appended figures, which represent: - fig. 1 diagram of a passive bandpass filter according to known art, already exposed, - fig. 2: diagram of a passive bandpass filter according to the invention, - fig. 3: response curve, as a function of frequency, of a filter according to the invention, with or without coupling impedance.
Le filtre passif selon l'invention, représenté en figure 2, est supporté par un substrat 4, dont une face est métallisée en 5 pour former un plan de masse. Ce substrat est en céramique, alumine ou matériaux à haute constante diélectrique (9gE e 100), et son épaisseur est comprise entre 0,3 et 1 mm environ. The passive filter according to the invention, shown in FIG. 2, is supported by a substrate 4, one face of which is metallized at 5 to form a ground plane. This substrate is made of ceramic, alumina or materials with a high dielectric constant (9gE e 100), and its thickness is between 0.3 and 1 mm approximately.
Sur la face non métallisée de ce substrat 4 sont déposées une pluralité de lignes microbandes, parallèles entre elles. I1 faut au moins trois microbandes 6,7,8 pour que deux d'entre elles, au moins, ne soient pas voisines. Par l'une de leurs extrêmités, mais du même côté pour toutes les lignes microbandes, celles-cl sont réunies au plan de masse 5 : sur la figure, cette liaison est opérée au moyen de trous métallisés 9, mais d'autres moyens connus sont envisageables. Ces lignes microbandes sont réalisées soit par la technologie en couche épaisse, par sérigraphie, soit par la technologie en couche mince, par évaporation sous vide. On the non-metallized face of this substrate 4 are deposited a plurality of microstrip lines, parallel to each other. There must be at least three microbands 6,7,8 so that at least two of them are not neighboring. By one of their ends, but on the same side for all the microstrip lines, these are joined to the ground plane 5: in the figure, this connection is made by means of metallized holes 9, but other known means are possible. These microstrip lines are produced either by thick film technology, by screen printing, or by thin film technology, by vacuum evaporation.
Les lignes microbandes ont une longueur L= )s g/4, Kg étant la longueur d'onde guidée, et une largeur "1"; elles sont séparées d'une distance "d". The microstrip lines have a length L =) s g / 4, Kg being the guided wavelength, and a width "1"; they are separated by a distance "d".
L'entrée E du signal à filtrer est appliquée latéralement à la première bande 6 de la série au moyen d'une métallisation 10 qui, généralement, est orientée vers le bord du substrat 4, ou vers le générateur de signal si celui-ci est intégré sur le même substrat. De la même façon le signal de sortie S, filtré, est recueilli sur une métallisation 11, latérale sur la dernière bande de la série. Les métallisations 10 et 11 sont, respectivement, à des distances x1 et x2 des extêmltés à la masse des deux lignes microbandes considérées. The input E of the signal to be filtered is applied laterally to the first strip 6 of the series by means of a metallization 10 which, generally, is oriented towards the edge of the substrate 4, or towards the signal generator if the latter is integrated on the same substrate. Likewise, the filtered output signal S is collected on a metallization 11, lateral on the last strip in the series. The metallizations 10 and 11 are, respectively, at distances x1 and x2 from the ends to the mass of the two microstrip lines considered.
Selon l'invention, deux lignes microbandes non voisines, telles que- les lignes 6 et S sur la figure 2, sont couplées par une impédance Z 12, réunie par deux fils ou métallisations 13 et 14 à deux points, respectivement, de la première bande 6 et de la deuxième bande 8 non voisines. According to the invention, two non-neighboring microstrip lines, such as lines 6 and S in FIG. 2, are coupled by an impedance Z 12, joined by two wires or metallizations 13 and 14 at two points, respectively, of the first band 6 and the second band 8 not neighboring.
L'impédance Z est soit une self, soit une capacité, déposées sur le substrat 4 sous forme de composant discret ou sous forme de couches épaisses. Les fils ou métallisations 13 et 14 sont fixés sur les deux lignes microbandes non voisines à des distances x3 et X4 , respectivement, des extrémités à la masse des deux lignes microbandes considérées.The impedance Z is either a self or a capacitor, deposited on the substrate 4 in the form of a discrete component or in the form of thick layers. The wires or metallizations 13 and 14 are fixed on the two non-neighboring microstrip lines at distances x3 and X4, respectively, from the ends to ground of the two microstrip lines considered.
La distance x1 est choisie pour que le taux d'onde stationnaire à l'entrée TOS = 1, pour une impédance de 50 ohms. The distance x1 is chosen so that the standing wave rate at the input TOS = 1, for an impedance of 50 ohms.
Le déplacement de la métallisation d'entrée 10, en faisant varier xl, permet d'adapter l'impédance à 75 ou 100 ohms, ou à quelqu'autre valeur.The displacement of the input metallization 10, by varying xl, makes it possible to adapt the impedance to 75 or 100 ohms, or to some other value.
Pour raison de symétrie, et pour le même motlf, la distance x2 permet d'ajuster l'impédance de sortie du filtre passif. For reasons of symmetry, and for the same motlf, the distance x2 makes it possible to adjust the output impedance of the passive filter.
La fréquence centrale du filtre passe-bande est réglée par la longueur L des lignes microbandes. The central frequency of the bandpass filter is adjusted by the length L of the microstrip lines.
La bande passant du filtre est réglée par la largeur "1" des lignes, et par l'écartement "d" entre lignes. Plus une microbande est large, meilleur est le filtrage, mais moins bon est le rendement. L'écartement "d" joue le même rôle que la largeur "1" mais plus important. The bandwidth of the filter is adjusted by the width "1" of the lines, and by the spacing "d" between lines. The larger the microstrip, the better the filtering, but the poorer the yield. The spacing "d" plays the same role as the width "1" but more important.
Des microbandes larges et/ou des écartements étroits donnent des bandes passantes larges et des TOS faibles. Des microbandes étroites et/ou des écartements larges donnent des bandes passantes étroites et des TOS importants. Large microstrips and / or narrow spacings give wide bandwidths and low TOS. Narrow microstrips and / or wide spacings give narrow bandwidths and high TOS.
Les distances x3 et x4 permettent d'optimiser le couplage entre deux microbandes non voisines : elles définissent l'impédance d'entrée et l'impédance de sortie liées à la capacité ou self Z 12, et sont calculées en fonction des specifications requises pour le filtre. The distances x3 and x4 make it possible to optimize the coupling between two non-neighboring microstrips: they define the input impedance and the output impedance linked to the capacitance or self Z 12, and are calculated according to the specifications required for the filtered.
En effet, un filtre dans lequel les microbandes 6 et 8 ne seralent pas couplées a une courbe de réponse en fréquence qui est une courbe de Gauss, bien symétrique, et dont les flancs sont applatis : le filtrage n'est pas sélectif. Indeed, a filter in which the microstrips 6 and 8 are not coupled to a frequency response curve which is a Gaussian curve, well symmetrical, and whose flanks are flattened: the filtering is not selective.
Au contraire, un filtre selon l'invention qui comporte une impédance de couplage Z 12 a une courbe de réponse (S 21) en fonction de la fréquence F - qui se rapproche de la courbe 15 de la figure 3 lorsque la valeur de Z augmente ce filtre coupe bien les fréquences supérieures à la fréquence centrale - qui au contraire se rapproche de la courbe 16 lorsque la valeur de Z diminue : ce filtre a une mellleure réfection des fréquences inférieures. On the contrary, a filter according to the invention which includes a coupling impedance Z 12 has a response curve (S 21) as a function of the frequency F - which approaches curve 15 in FIG. 3 when the value of Z increases this filter cuts well the frequencies higher than the central frequency - which on the contrary approaches curve 16 when the value of Z decreases: this filter has a better repair of the lower frequencies.
Par conséquent, le calcul et le choix des valeurs de
X3, X4 et Z permet d'obtenir un filtre passif qui - soit a une forte réjection des fréquences supérieures, - soit a une forte réjection des fréquences inférieures - soit a une courbe de réponse symétrique avec de bonnes réjections hors de la fréquence centrale.Therefore, the calculation and choice of the values of
X3, X4 and Z makes it possible to obtain a passive filter which - either has a strong rejection of the higher frequencies, - or has a strong rejection of the lower frequencies - or has a symmetrical response curve with good rejection outside the central frequency.
Par ailleurs, on a constaté que la présence sur un filtre selon l'invention d'une ou plusieurs microbandes non couplées telle que la microbande 7 centrale améliore la réjection des fréquences extérieures à la fréquence centrale, et rend la courbe de réponse plus "carrée". Plus il y a de microbandes non couplées, plus la bande passante est étroite, mais plus est importante la perte d'insertion du filtre. Furthermore, it has been found that the presence on a filter according to the invention of one or more uncoupled microstrips such as the central microstrip 7 improves the rejection of frequencies outside the central frequency, and makes the response curve more "square" ". The more uncoupled microstrips, the narrower the bandwidth, but the greater the loss of insertion of the filter.
De façon plus générale, un filtre selon l'invention peut comporter plus de trois microbandes telles que représentées en figure 2. Prenons le cas d'un filtre à 4 microbandes, qu'on appellera A,B,C,D. Différents couplages peuvent être effectués : couplage A-D ou couplage A-C et B-D. Le choix est effectué en fonction des spécifications imposées au filtre. More generally, a filter according to the invention can comprise more than three microstrips as shown in FIG. 2. Let us take the case of a filter with 4 microstrips, which will be called A, B, C, D. Different couplings can be carried out: A-D coupling or A-C and B-D coupling. The choice is made according to the specifications imposed on the filter.
Ce type de filtre passif est utilisé dans les systèmes de traitement de l'information, par exemple dans les radio-téléphones, dans la gamme 0,5 à 10 GHz, avec une bande passante de 0,9 à 1 GHz. This type of passive filter is used in information processing systems, for example in radio telephones, in the range 0.5 to 10 GHz, with a bandwidth of 0.9 to 1 GHz.
Claims (5)
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