FR2734084A1 - Resonateur dielectrique pour filtre hyperfrequence, et filtre comportant un tel resonateur - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un résonateur composite multimode, notamment pour filtre hyperfréquence, comprenant une cavité résonante ainsi qu'un élément résonateur diélectrique disposé à l'intérieur de la cavité, des moyens d'accord pour une pluralité de différents modes de l'élément diélectrique, et des moyens de couplage entre lesdits modes. L'innovation consiste en une géométrie relative de l'élément et de la cavité: dans un mode de réalisation, l'élément a la forme d'un parallélépipède ayant la section d'un parallélogramme ayant quatre cotés et quatre sommets, et lesdits sommets sont court-circuités entre eux par les parois conductrices de la cavité, via un contact électrique RF entre lesdits sommets et les parois. Un mode complémentaire de réalisation peut être générée en dédoublant cette forme géométrique plane par rotation de 90 deg. autour d'un axe de symétrie dudit parallélogramme pour en faire un résonateur diélectrique en trois dimensions. Les sommets de ce résonateur seront, comme dans le cas précédent, court-circuités entre eux par les parois conductrices de la cavité.
Description
Résonateur Diélectrique pour filtre hyperfréquence, et filtre comportant
un tel résonateur L'invention concerne un résonateur composite multimode hyperfréquence comprenant une cavité résonante ainsi qu'un élément résonateur diélectrique disposé à l'intérieur de la cavité. Un tel résonateur trouve son utilité notamment dans des dispositifs de filtre hyperfréquence, car il ne peut être excité que par une10 bande relativement étroite de fréquence autour de la fréquence de résonance dudit résonateur. Afin d'utiliser un tel résonateur dans un filtre, il faut ajouter, en outre, des moyens de couplage de l'énergie hyperfréquence (RF) d'une part pour introduire de l'énergie RF à l'entrée dudit15 filtre et, d'autre part, pour extraire de l'énergie RF à la sortie dudit filtre. En outre, un tel filtre comprend généralement des moyens d'accord permettant d'ajuster la fréquence des principaux modes de résonance du résonateur. Classiquement, un filtre multimode comprend également des moyens de couplage d'énergie entre modes, ces moyens
étant avantageusement réglables de manière à ajuster le transfert d'énergie entre lesdits modes.
Un tel filtre et un tel résonateur connus de l'art antérieur sont décrits par exemple dans le brevet
US 4,489,293 de S. FIEDZIUSZKO, incorporé expressément dans la présente demande pour sa description de l'art antérieur.
Dans ce brevet, un filtre est constitué d'une pluralité de résonateurs bimode, composites, disposés en série et couplés entre eux par des moyens de couplage, par exemple30 des iris ou des fentes.
Le résonateur composite de ce dispositif connu est montré sur la figure 1. Il comprend des pastilles
cylindriques de diélectrique 27 disposées à l'intérieur d'une cavité cylindrique creuse 3,5 avec les axes de35 symétrie de la cavité et de la pastille coïncidentes.
La cavité en elle-même est dimensionnée suffisamment petite pour que la fréquence de fonctionnement envisagée
pour le résonateur composite soit sous la fréquence de coupure de la cavité en l'absence de l'élément 5 diélectrique.
Le filtre bimode 1 de l'art connu comporte deux modes orthogonaux, ainsi que des moyens d'accord de fréquence pour chacun de ces modes, en l'occurrence, des vis d'accord 29,31 qui projettent en saillie depuis les parois de la
cavité vers son intérieur; ces vis étant espacées de 900 sur la paroi, autour de l'axe de symétrie de la cavité.
Il est prévu, en outre dans ce dispositif connu, une vis de couplage 33 permettant de régler le transfert de
l'énergie RF entre les deux modes orthogonaux, cette15 dernière vis 33 étant disposée à 450 aux deux autres vis d'accord 29,31.
Malgré le succès technique et industriel du filtre connu par ce document antérieur, il subsiste quelques
problèmes pratiques dans sa réalisation et dans son20 fonctionnement.
D'une part, le positionnement du cylindre diélectrique à l'intérieur est assez délicat, car il doit être tenu par des éléments distincts de maintien. L'assemblage doit avoir une bonne reproductibilité et une bonne précision dimensionnelle, sans pour autant influer sur les champs RF présents dans le résonateur en fonctionnement. D'autre part, la conductibilité thermique depuis le résonateur diélectrique vers les parois est généralement médiocre, car les matériaux dont les caractéristiques RF conviennent pour la réalisation des éléments distincts de maintien ne sont pas, en général, de bons conducteurs thermiques. D'autre part, le filtre de l'art connu reste relativement lourd et encombrant, en particulier en vue des applications embarquées tels les systèmes de communication à bord des satellites, des aéronefs, ou des plates-formes
mobiles terrestres ou maritimes.
C'est un but de la présente invention d'obtenir un résonateur composite multimode, notamment pour filtre hyperfréquence, qui soit plus léger et moins encombrant que
les résonateurs composites de l'art connu.
Un autre objet de la présente invention est un filtre hyperfréquence comprenant un tel résonateur composite.
Un autre objet de l'invention est un résonateur composite 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 de réglage.15 Ces buts, ainsi que d'autres avantages qui apparaîtront par la suite, sont atteints par un résonateur composite multimode, notamment pour filtre hyperfréquence, comprenant une cavité résonante et, disposé dans ladite cavité, un élément résonateur diélectrique;20 ladite cavité étant au moins partiellement fermée à l'aide de parois conductrices; ledit résonateur comprenant en outre: des premiers moyens d'accord pour accorder ledit résonateur à une première fréquence résonante selon un premier axe; des deuxièmes moyens d'accord pour accorder ledit résonateur à une deuxième fréquence résonante selon un deuxième axe orthogonal audit premier axe; des moyens de couplage de modes pour permettre le couplage de l'énergie résonante entre lesdits premier et deuxième axes, de manière à ce que l'énergie résonante sur l'un desdits axes puisse se coupler avec et donc exciter de l'énergie résonante sur l'autre desdits axes; ledit élément résonateur est essentiellement plan, ayant une épaisseur et un pourtour, caractérisé en ce que ledit pourtour dudit élément résonateur a sensiblement la forme d'un parallélogramme ayant quatre
cotés et quatre sommets, et en ce que lesdites sommets sont courtcircuités entre eux par les parois conductrices de la 5 cavité, via un contact électrique or RF entre lesdits sommets et lesdites parois.
Selon différents modes de réalisation, ladite cavité aura la forme d'un cylindre creux de section rectangulaire,
circulaire, ou carrée; l'élément résonateur aura la forme10 rhomboide ou carrée.
Selon une réalisation avantageuse, l'élément résonateur comporte un ou plusieurs trou(s) ou évidemment(s) à l'intérieur du pourtour, de manière à éloigner, voir éliminer des modes parasites à proximité des modes désirés de fonctionnement. Selon une autre réalisation avantageuse, le même but peut être obtenu moyennant une ou plusieurs excroissance(s) d'épaisseur à l'intérieur du pourtour. Selon une autre caractéristique avantageuse, l'élément résonateur comporte une pluralité d'excroissance(s) d'épaisseurs aux sommets du pourtour, afin d'accroître la conductibilité thermique vers les parois de la cavité. Selon une autre caractéristique, le pourtour comporte une ou plusieurs encoche(s) qui peu(vent) également être utilisées afin d'éloigner ou d'éliminer des modes parasites ou encore d'effectuer un couplage des modes orthogonaux. Selon une réalisation préférée de l'invention, un filtre hyperfréquence comporte au moins un résonateur composite selon l'invention, ainsi que des moyens d'excitation, des moyens d'extraction d'énergie et des
moyens de couplage entre lesdits résonateurs s'ils sont plusieurs. Ces moyens de couplage peuvent être par exemple des fentes ou des iris.35 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 à résonateur diélectrique connu de l'art antérieur; - la figure 2, qui montre schématiquement en plan un filtre multimode hyperfréquence comportant une pluralité de résonateurs composites selon l'invention; - la figure 3, qui montre schématiquement en coupe III-III le filtre de la figure 2; - la figure 4, qui montre schématiquement les modes orthogonaux TE du résonateur diélectrique de la figure 3; -la figure 5, qui montre schématiquement et superposées une courbe de transmission T et une courbe de pertes par réflexion R(dB) en fonction de la fréquence (MHz); - la figure 6, qui montre schématiquement en vue de côté, une variante d'un résonateur diélectrique selon l'invention, réalisée par la conjugaison de deux20 résonateurs diélectriques tels que montrés sur les figures 3 et 4, disposés à 90 pour faire un résonateur tri- dimensionnel; - la figure 7, qui montre le résonateur diélectrique de la figure 6 en vue de dessus; la figure 8, qui montre le résonateur diélectrique de la figure 7 vu de côté; - la figure 9, qui montre schématiquement et en perspective le même résonateur diélectrique selon l'invention des figures 6, 7, 8;30 - la figure 10, qui montre schématiquement en coupe, un autre exemple d'un résonateur composite selon l'invention dans lequel le résonateur diélectrique n'est pas en contact mécanique avec les parois de la cavité résonante, mais reste quand même en court-circuit RF avec35 ces parois; la figure 11 qui représente schématiquement le résonateur composite de la figure 10 en coupe XI - XI; - la figure 12 qui représente schématiquement en coupe une autre variante du résonateur composite selon l'invention dans lequel le résonateur diélectrique est en contact RF avec les parois mais le soutien mécanique dudit résonateur est assuré par des encoches usinées dans lesdites parois; - la figure 13 qui représente schématiquement en coupe XII - XII le résonateur composite de la figure 12; - la figure 14 qui montre schématiquement en plan une variante d'un résonateur diélectrique faisant partie d'un
résonateur composite selon l'invention permettant le couplage de deux modes orthogonaux avec limitation de15 l'enfoncement de la vis de couplage.
- la figure 15, qui représente schématiquement une vue de côté du résonateur de la figure 14; - la figure 16, qui montre schématiquement en plan une autre variante du résonateur diélectrique selon l'invention aménagé pour accroître les aires de contact entre ce dernier et les parois qui l'entourent; - la figure 17, qui représente schématiquement une vue de côté du résonateur de la figure 16; - la figure 18, qui montre schématiquement en plan une autre variante d'un résonateur diélectrique selon l'invention, dans lequel un vide est aménagé au milieu afin de supprimer des modes parasites indésirés; - la figure 19, qui représente schématiquement une vue de côté du résonateur de la figure 18; - la figure 20 qui montre schématiquement en plan un autre exemple d'une réalisation selon l'invention d'un résonateur composite comprenant un résonateur diélectrique sensiblement de section carrée, à l'intérieur d'une cavité résonante de section circulaire;35 - la figure 21 qui montre schématiquement en plan un autre exemple d'une réalisation d'un résonateur composite comprenant un résonateur diélectrique de section ayant la forme d'un parallélogramme, à l'intérieur d'une cavité résonante de section rectangulaire. Sur toutes les figures données à titre d'exemples non limitatifs de quelques réalisations selon l'invention et quelques unes de ses principales variantes, les mêmes repères se réfèrent aux mêmes éléments. L'échelle n'est pas toujours respectée pour des raisons de clarté. La figure 1, déjà évoquée ci-dessus, montre un filtre hyperfréquence à résonateur composite connu de l'art antérieur. Ce filtre comprend une cavité d'entrée 3, une
cavité de sortie 5 et éventuellement une ou plusieurs cavités intermédiaires 7, indiquées schématiquement par des traits pointillés et une discontinuité selon l'axe du15 filtre, entre les cavités 3 et 5.
Toutes ces cavités 3, 5, 7 sont définies électriquement à l'intérieur d'un tronçon de guide d'onde cylindrique 9 moyennant une pluralité de parois transversales Xa, Xb, Xc, kd qui ferment lesdites cavités20 au moins partiellement aux deux extrémités de chaque cavité. Les matériaux de construction du guide d'onde et des parois transversales sont ceux utilisés couramment par l'homme de l'art pour une telle réalisation. Le filtre connu comprend en outre un ensemble de
sonde 13 utilisé pour coupler de l'énergie hyperfréquence provenant d'une source externe, vers la cavité d'entrée 3.
Telle que montrée sur la figure 2, cette sonde 13 comprend un connecteur coaxial 15, un bloc isolant 17 et une sonde capacitive 19 qui pénètrent à l'intérieur de la30 cavité d'entrée 3 afin d'y exciter un mode de résonance de cette dernière. Dans ce filtre connu, le mode excité est un mode hybride HE1ll1. L'énergie hyperfréquence est ensuite couplée à partir de la cavité d'entrée 3 vers la ou les cavité(s) intermédiaire(s) éventuelles 7 par des premiers35 moyens de couplage 21 qui sont constitués en l'occurrence par un premier iris cruciforme 21; et depuis la ou les cavité(s) intermédiaire(s) éventuelles 7 vers la cavité de sortie 5 via les deuxièmes moyens de couplage 23 qui sont constitués par un deuxième iris cruciforme 23. Enfin, l'énergie est couplée à partir de la cavité de sortie 5 vers un guide d'onde externe (non montré), via un iris de
sortie 25, en l'occurrence une simple fente.
Dans chacune des cavités 3, 5, 7 est disposé un élément résonateur diélectrique 27 d'un matériau qui possède une forte constante diélectrique E, une forte surtension Q et un faible coefficient de variation de
fréquence de résonance en fonction de la température.
L'élément résonateur 27 de ce filtre connu est cylindrique de section circulaire tel que montré sur la figure et disposé coaxialement avec l'axe du guide d'onde circulaire 9, afin de former une pluralité de résonateurs composites avec les cavités successives 3,5, 7; ces résonateurs composites ayant donc une symétrie de rotation autour dudit axe dudit guide d'onde 9. Bien que non montrés sur la figure 1, les éléments résonateurs 3, 5, 7 sont positionnés et maintenus en position par des moyens de montage isolants ayant la forme
de pastilles ou de colonnes d'un matériau isolant à faibles pertes diélectriques, tel le polystyrène ou le PTFE. Ces moyens de montage présentent de nombreux inconvénients25 aussi bien dans le montage que dans le fonctionnement du filtre connu.
De tels moyens augmentent le nombre de pièces et/ou d'étapes figurant dans le procédé de fabrication du filtre connu.30 La précision de positionnement de l'élément résonateur dépend de la précision des dimensions de ces moyens ainsi que de la précision de leur montage. Les pertes hyperfréquences dans ces matériaux sont faibles mais jamais nulles.35 En plus de leur propriété d'isolation électrique, ces matériaux sont en général dotés d'une conductibilité thermique médiocre. Si l'élément résonateur est chauffé en fonctionnement, par des pertes hyperfréquences dans le diélectrique par exemple, la chaleur ainsi générée est relativement difficile à évacuer. Les pertes RF ayant 5 tendance à accroître avec la température, ce phénomène risque alors de s'accentuer en fonctionnement. C'est un but de l'invention de pallier ces inconvénients. Dans le filtre connu, ainsi que dans le filtre de l'invention, des moyens d'accord sont prévus pour accorder les modes dans chaque résonateur composite. Dans le filtre de la figure 1, il s'agit d'une première vis d'accord 29 qui permet d'accorder un premier mode de la première cavité 3; cette vis étant alignée sur un premier axe perpendiculaire à l'axe de la cavité 3 et pénétrant dans15 cette dernière via la paroi latérale du guide d'onde 9. Une deuxième vis d'accord 31 est prévue pour accorder la
résonance d'un deuxième mode du résonateur composite; cette deuxième vis pénétrant dans la cavité 3, via une paroi latérale du guide d'onde 9, dirigée selon un deuxième20 axe perpendiculaire audit premier axe et à l'axe de la cavité 3.
Une troisième vis d'accord 33 constitue des moyens de couplage entre les deux modes qui sont accordés à l'aide desdites première 29 et deuxième 31 vis d'accord; cette25 troisième vis 33 étant dirigée selon un troisième axe faisant un angle de 45 par rapport à l'un ou l'autre desdits premier et deuxième axes. Cette vis de couplage 33 permet de varier le couplage d'énergie entre les deux modes orthogonaux d'excitation du résonateur composite.30 Chaque cavité 3,5,7 de la pluralité de cavités que comporte le filtre connu comprend de la même manière, des moyens d'accord de deux modes orthogonaux, ainsi que des moyens de couplage entre ces deux modes. Aussi, telle que montrée sur la figure 1, la cavité 5 comporte ses deux vis d'accord 29', 31', ainsi que la vis de couplage 33' o le prime identifie les éléments du résonateur composite 5. D'autre part, chaque cavité est dotée de moyens de couplage permettant d'introduire et d'extraire de l'énergie hyperfréquence de ladite cavité. A l'exception de l'ensemble de la sonde 13 dans la cavité d'entrée 3, les
moyens de couplage sont dessinés comme différentes formes de fentes ou d'iris sur la figure 1, mais ces moyens de couplage pourraient également comprendre des sondes10 capacitives, des iris inductifs ou une combinaison des deux.
Pour une description plus détaillée du filtre de l'art antérieur, le lecteur pourra se référer au document
US-A- 4 489 293.15 La figure 2 montre schématiquement en coupe un filtre hyperfréquence comprenant une pluralité de résonateurs
composites selon l'invention. Pour faciliter la comparaison avec le dispositif de l'art antérieur, les mêmes numéros de références ont été conservés, à l'exception de l'élément20 résonateur à l'intérieur de la cavité résonante.
Tout comme le filtre hyperfréquence connu de la figure 1, le filtre de l'invention comporte une pluralité de résonateurs composites couplés mutuellement par des moyens de couplage, chaque résonateur composite comprenant25 une cavité résonante et un élément résonateur 72 à l'intérieur de la cavité. Le filtre comprend au moins une cavité d'entrée 3 et une cavité de sortie 5, ainsi qu'éventuellement une ou plusieurs cavités intermédiaires 7 comme le filtre de la figure 1.30 Comme dans le filtre de la figure 1, toutes ces cavités sont alignées selon l'axe du filtre et sont au
moins partiellement fermées à leurs extrémités selon cet axe par des parois (lia, llb, llc, lld) transversales à cet axe, disposées à l'intérieur d'un tronçon de guide d'onde 935 de géométrie cylindrique selon ce même axe, de section rectangulaire ou circulaire.
La cavité d'entrée 3 et la cavité de sortie 5 comportent des moyens de couplage (15, 17, 19; 15', 17', 19') permettant respectivement de coupler de l'énergie hyperfréquence vers la cavité d'entrée 3, ou de l'extraire de la cavité de sortie 5. Dans une réalisation avantageuse selon l'invention, le résonateur composite sera excité dans un mode TE au lieu du mode HE préféré pour le filtre de l'art antérieur. En effet, l'utilisation du mode TE permet d'obtenir la fréquence de résonance la plus basse pour des dimensions données. Ceci est un avantage pour la compacité du dispositif pour une fréquence donnée de fonctionnement. Dans chacune des cavités 3, 5, 7, est disposé un élément résonateur diélectrique 72 d'un matériau qui possède un fort constant diélectrique E, une forte surtension Q. et des faibles coefficients de dilatation thermique et de variation de la fréquence de résonance en fonction de la température. Dans le résonateur composite selon l'invention, l'élément résonateur 72 est essentiellement plan, tel que montré sur la figure 2, ayant une épaisseur et un pourtour ayant la forme d'un parallélogramme, ayant quatre côtés et quatre sommets qui sont court-circuités entre eux par les parois latérales de la cavité (3, 5, 7...) via un contact25 électrique ou RF entre les sommets et les parois. Les sommets sont donc tronqués ou arrondis pour épouser la forme desdites parois latérales, respectivement planes ou circulaires. La figure 3 montre la coupe III - III du filtre de la
figure 2. On y voit qu'il s'agit d'un élément résonateur 72 de section carrée dans un guide d'onde 9 de section carrée.
Les sommets de l'élément résonateur sont tronqués afin d'épouser les parois planes du guide 9. Dans l'exemple de la figure 3, l'élément résonateur 72 est en contact35 mécanique et électrique avec les parois du guide 9.
D'autres variantes de l'invention seront discutées ci-après. Le contact mécanique montré sur la figure 3 permet un positionnement exact et reproductible de l'élément résonateur 72 à l'intérieur de la cavité résonante fermée par le guide d'onde 9, sans recourir aux éléments de maintien qui étaient nécessaire dans le filtre de l'art antérieur. En outre, le transfert thermique entre l'élément 72 et les parois est nettement amélioré par rapport à l'art
antérieur.
D'autre part, l'assemblage d'un filtre selon l'invention telle que montrée sur la figure 3 est considérablement simplifié par rapport au filtre connu de la figure 1, car le positionnement est absolu, sans l'aide
d'une pluralité de pièces de maintien qui étaient nécessaires dans ce dernier filtre.
Grâce à la reproductibilité de l'assemblage et du positionnement relatif de l'élément résonateur 72 et des parois du guide d'onde 9, engendrée par le contact20 mécanique direct avec ces dernières, le réglage en est simplifié. En effet, les dimensions des différents éléments
du filtre sont conçues pour telle ou telle fréquence de fonctionnement, avec la possibilité de régler la fréquence des différents modes du résonateur composite moyennant des25 moyens d'accord prévus à cet effet.
L'un des avantages de l'invention est que la fréquence des modes est aussi reproductible que les dimensions et la disposition relative des différents éléments qui rentrent en jeu dans la fabrication d'un tel
filtre.
La figure 4 montre schématiquement les deux modes (ml, m2) orthogonaux TE du résonateur diélectrique de la figure 3. On peut constater que ces modes sont orthogonaux grâce à la simple géométrie carrée du résonateur des figures 2 et 3. Ces modes orthogonaux (ml, m2) sont en effet très purs grâce à cette géométrie parallélépipédique du résonateur diélectrique, car les champs sont excités et oscillent selon les diagonaux de cet élément résonateur. Telle que montrée sur les figures 3 et 4, la vis de couplage 33 de mode est orientée selon un axe à 45 par rapport aux champs des deux modes orthogonaux ml, m2. La figure 5 montre l'efficacité, moyennant des mesures expérimentables, d'un filtre 4 pôles selon la figure 2, c'est-à-dire un filtre à deux cavités 3,5 sans cavité intermédiaire 7. La courbe T montre la transmission du10 filtre en fonction de la fréquence d'une largeur de 79 MHz à la base et de 50 MHz environ de la fenêtre de transmission maximale. La transmission en dehors de cette bande de 79 MHz est à au moins 25 dB en dessous 5dB par case sur l'ordonnée. La courbe R montre les pertes par15 réflexion en fonction de la fréquence. Les performances du filtre sont ainsi bien établies pour le filtre de l'invention par des mesures. On va discuter maintenant sur quelques variantes de l'invention. Les figures 6, 7, 8, 9 montrent un élément résonateur 72 en trois dimensions obtenu à partir d'un résonateur 73 selon les figures 2, 3, 4 par une simple rotation de 90 de ce dernier, accolé à un résonateur semblable 74 sans rotation. Le résonateur 72 des figures 6, 7, 8 et 9 sera disposé à l'intérieur d'une cavité cubique en contact électrique ou RF avec les six parois du cube afin de court-circuiter les six sommets dudit élément résonateur 72 en trois dimensions. Les figures 10, 11, 12 et 13 montrent deux exemples de variantes de l'invention o il n'y a pas de contact électrique ou mécanique direct entre les sommets de l'élément résonateur et les parois. Il subsiste néanmoins un couplage RF avec les différentes parois, qui constitue un court circuit à la fréquence de fonctionnement. Les figures 10 et 11 montrent schématiquement en coupe une variante d'un résonateur composite selon l'invention, la coupe de la figure 10 étant effectuée selon l'axe du guide d'onde 9 selon les repères X - X de la figure 11, et la coupe de la figure 11 étant effectuée transversalement à l'axe du guide 9 selon les repères XI - XI de la figure 10. On voit que les sommets de l'élément résonateur 72 sont tronqués de manière à ce que les dimensions de ce dernier, selon les diagonaux de son pourtour, soient légèrement inférieures aux dimensions transversales du guide d'onde 9, afin de laisser un petit espace 2 entre l'élément résonateur 72 et les parois du guide d'onde 9. Cet espace 210 peut être vide, telles que montrées sur les figures 10, 11, 12, 15 ou peut être rempli d'un matériau diélectrique ou conducteur. Avantageusement, l'espace 2 peut être rempli
d'un matériau élastique afin de faciliter l'assemblage du résonateur composite ainsi que le maintien de l'élément15 résonateur et ce, sur une large plage de température.
Sur ces figures 10 et 11, l'élément résonateur 27 est positionné et maintenu à l'aide des piliers 8 de maintien, placés contre les parois du guide 9 aux endroits o les sommets de l'élément résonateur 72 s'approchent de ces20 parois pour rentrer en court circuit RF avec ces dernières. Ces piliers peuvent être réalisés en matériau isolant ayant des faibles pertes RF par exemple, les mêmes matériaux que ceux utilisés pour le maintien de l'élément résonateur 27 dans le filtre connu de la figure 1.25 Toutefois, le faible volume de ces piliers 8 font que les pertes occasionnées par leur présence dans la cavité résonante seront minimisées par rapport à celles du filtre de l'art antérieur. Selon une variante, ces piliers 8 de maintien sont de matériau conducteur. L'élément résonateur 27 est en contact mécanique et électrique avec ces piliers conducteurs 8 formant court circuit entre les sommets de l'élément résonateur 27 via les parois du guide d'onde 9. Les figures 12 et 13 montrent schématiquement en coupe une autre variante d'un résonateur composite selon l'invention, la coupe de la figure 12 étant effectuée selon l'axe du guide d'onde 9 selon les repères XII - XII de la figure 13 et la coupe de la figure 13 étant effectuée
transversalement à l'axe du guide 9 selon les repères XIII -
XIII de la figure 12.
On voit que les sommets de l'élément résonateur 72 sont tronqués de manière à ce que les dimensions de ce dernier, selon les diagonaux de son pourtour, soient légèrement supérieures aux dimensions transversales du guide d'onde 9. Afin de permettre l'insertion de l'élément résonateur 72 dans le guide 9, des encoches 6 sont réalisées dans les parois du guide 9 aux endroits o les sommets de l'élément résonateur 72 s'approchent de ces parois pour rentrer en court circuit RF avec ces dernières. Ces encoches peuvent être réalisées avec une profondeur suffisante pour15 laisser un petit espace 2 entre les sommets et les fonds des encoches 6, comme dans les figures 10 et 11. Dans l'exemple de réalisation montré sur les figures 12 et 13, l'élément résonateur 72 est positionné et maintenu par des épaulements 4 formés par la réalisation des encoches 6 dans les parois du guide d'onde 9. Comme dans l'exemple des figures 10 et
11, les espaces 2 peuvent être vides ou remplis d'un matériau élastique.
Les figures 14, 15, 16, 17, 18 et 19 montrent quelques variantes de l'élément résonateur qui permettent d'optimiser
différentes performances du résonateur composite ou du filtre hyperfréquence selon l'invention.
Dans la conception d'un résonateur composite selon l'invention, les fréquences de résonance dépendent principalement des dimensions (épaisseur, dimensions30 transversales) et la forme (carré, losange) del'élément résonateur 72, ainsi que les dimensions et la forme de la cavité résonante dans laquelle l'élément résonateur 72 est disposé, et finalement le matériau diélectrique utilisé pour la réalisation de ce dernier.35 Il se peut que le spectre des modes de résonance du résonateur composite comporte des modes indésirés à proximité (en fréquence) au(x) mode(s) de fonctionnement dudit résonateur composite. Dans ce cas, on peut éloigner, voire éliminer certains de ces modes indésirés en brisant la parfaite symétrie de l'élément résonateur montré sur les figures précédentes telles que montrées sur les figures 14 et 15. Une ou plusieurs encoches 10 de forme quelconque peuvent être réalisées à des endroits quelconques du pourtour de l'élément résonateur 72 dans ce but. Par ailleurs, des trous 14, des évidements, ou d'autres variations d'épaisseur peuvent être réalisés à des endroits quelconques à l'intérieur du pourtour de l'élément résonateur, en vue d'obtenir ce même résultat. Un exemple
est montré sur les figures 18 et 19.
Les figures 16 et 17 montrent des excroissances 12 d'épaisseur de l'élément résonateur 72 aux sommets de ce dernier, afin d'accroître la conductivité thermique des interfaces diélectrique/conducteur entre l'élément résonateur 72 et les parois du guide 9. Les figures 20 et 21 montrent schématiquement et en coupe transversale deux autres variantes de l'invention, concernant la section du guide d'onde 9 et/ou de l'élément résonateur 72. Dans la figure 20, un élément résonateur 72 de section carrée est disposé à l'intérieur d'un guide d'onde circulaire 9. Dans la figure 21, un élément25 résonateur 72 ayant la section d'un parallélogramme ou losange est disposé à l'intérieur d'un guide d'ondes de section rectangulaire 9. 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 résonateurs composites et 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.35
Claims (10)
1. Résonateur composite multimode, notamment pour filtre hyperfréquence, comprenant une cavité résonante et, disposé dans ladite cavité, un élément résonateur diélectrique; ladite cavité étant au moins partiellement fermée à l'aide de parois conducteurs; ledit résonateur comprenant en outre: des premiers moyens d'accord pour accorder ledit résonateur à une première fréquence résonante selon un premier axe; des deuxièmes moyens d'accord pour accorder ledit résonateur à une deuxième fréquence résonante selon un deuxième axe orthogonal audit premier axe;15 des moyens de couplage de modes pour permettre le couplage de l'énergie résonante entre lesdits premier et deuxième axes, de manière à ce que l'énergie résonante sur l'un desdits axes puisse coupler avec et donc exciter de l'énergie résonante sur l'autre desdits axes;20 ledit élément résonateur étant essentiellement plan, ayant une épaisseur et un pourtour, caractérisé en ce que ledit pourtour dudit élément résonateur a sensiblement la forme d'un parallélogramme ayant quatre cotés et quatre sommets, et en ce que lesdites sommets sont court-circuités entre eux par les parois conductrices de la cavité, via un contact électrique or RF entre lesdits sommets et lesdites parois.
2. Résonateur composite multimode selon la revendication 1, caractérisé en ce que
ladite cavité a la forme d'un cylindre creux de section rectangulaire.
3. Résonateur composite multimode selon la revendication 1, caractérisé en ce que
ladite cavité a la forme d'un cylindre creux de section circulaire.
4. Résonateur composite multimode selon la revendication 2, caractérisé en ce que
ladite cavité a la forme d'un cylindre creux de section carrée.
5. Résonateur composite multimode selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en
ce que ledit pourtour dudit élément résonateur a sensiblement la forme d'une carré.
6. Résonateur composite multimode selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en
ce que ledit élément résonateur a au moins un trou ou
évidemment à l'intérieur dudit pourtour.
7. Résonateur composite multimode selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que
ledit élément résonateur comporte une pluralité d'excroissances d'épaisseur auxdits sommets.
8. Résonateur composite multimode selon l'une
quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que
ledit pourtour comprend au moins une encoche.
9. Filtre hyperfréquence comprenant au moins un résonateur composite multimode selon l'une quelconque des
revendications précédentes, comprenant en outre des moyens d'excitation dudit au moins un résonateur, ainsi que des
moyens pour extraire de l'énergie résonante dudit au moins un résonateur, et des moyens de couplage entre lesdits résonateurs s'il sont plusieurs.30
10. Filtre hyperfréquence selon la revendication 9, comprenant une pluralité de résonateurs composite multimode
selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que lesdits moyens de couplage comprennent au moins un iris de couplage.
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