FR2810170A1

FR2810170A1 - Filtre coupe-bande autolimiteur

Info

Publication number: FR2810170A1
Application number: FR0007454A
Authority: FR
Inventors: Jean Claude Mage
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2000-06-09
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2001-12-14
Anticipated expiration: 2020-06-09
Also published as: FR2810170B1

Abstract

Le filtre de l'invention est du type à résonateurs en matériau supraconducteur. Ce matériau est dimensionné de telle façon qu'à la fréquence de résonance de l'un des résonateurs, un signal parasite de forte amplitude provoque une transition de phase du supraconducteur, qui devient normalement conducteur et désadapte le filtre, ce qui permet de réfléchir ce signal parasite.

Description

FILTRE COUPE-BANDE AUTOLIMITEUR La présente invention se rapporte à un filtre coupe-bande autolimiteur.

Lorsque des récepteurs radio reçoivent des signaux brouillés par des brouilleurs fortuits ou intentionnels, les étages de réception de ces récepteurs peuvent être saturés par ces brouilleurs, cette saturation pouvant aller jusqu'à la destruction des premiers étages de réception si ces brouilleurs sont très puissants et proches.

Pour résoudre ce problème, il faudrait augmenter la dynamique du récepteur, ce qui n'est pas facilement réalisable en pratique. A défaut, on atténue le plus fortement et le plus sélectivement possible les bandes de fréquences indésirables. Classiquement, la réjection sélective des brouilleurs nécessite l'identification des fréquences brouillées, puis le calcul des paramètres de contrôle des réjecteurs et le positionnement des filtres coupe- bande sur les fréquences des brouilleurs. A cet effet, les filtres mis en osuvre doivent à la fois être robustes (pour pouvoir absorber, le cas échéant, de fortes puissances de brouillage), et accordables sur une large bande de fréquences dans un délai le plus bref possible (par exemple, inférieur à 1 Ns). De tels filtres n'existent pas actuellement dans le commerce.

La présente invention a pour objet un filtre coupe-bande qui puisse supporter des puissances élevées, qui soit accordable sur une large bande de fréquences dans un délai très rapide, et qui soit le moins onéreux possible.

Le filtre coupe-bande conforme à l'invention est du type à au moins un élément résonateur en matériau supraconducteur réfrigéré à une température inférieure à sa température critique, et il est caractérisé par le fait que son (ses) élément(s) résonateur(s) a (ont) une section telle que pour un signal ayant une puissance d'entrée réactive supérieure à la puissance maximale des signaux utiles pouvant être reçus, le matériau supraconducteur présente une transition de phase vers un état non supraconducteur.

Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, pour éliminer plusieurs fréquences comprises dans une bande de fréquences, on constitue un banc de filtres comportant plusieurs éléments résonateurs. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation, pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel # la figure 1 est une vue en plan d'un exemple de réalisation de filtre conforme à l'invention ; # la figure 2 est un diagramme du coefficient de réflexion d'un des résonateurs constituant le filtre de la figure 1 ; # la figure 3 est un schéma synoptique d'un filtre à huit sous- bandes, conforme à l'invention, et # les figures 4 et 5 sont des diagrammes illustrant le fonctionnement du filtre de la figure 4 en l'absence de signal saturant, et en présence d'un signal saturant dans la bande de fréquences de la sixième sous-bande.

Le filtre de l'invention, dans son mode de réalisation préféré, comporte plusieurs éléments résonateurs réalisés, de façon connue en soi, selon la technique microstrip , les éléments conducteurs de ces résonateurs étant en matériau supraconducteur, refroidi de façon appropriée, à une température inférieure à sa température critique.

Selon l'art antérieur, on savait réaliser des filtres en matériau supraconducteur, mais on évitait absolument de les faire fonctionner dans la zone non4inéaire de leur transition de phase, c'est-à-dire à proximité de leur zone critique au-delà de laquelle ils ne sont plus supraconducteurs. Le matériau supraconducteur n'était utilisé que pour ses qualités supraconductrices, afin d'obtenir des filtres à pertes d'insertion négligeables.

Contrairement à ce préjugé, l'invention met à profit les propriétés non-linéaires des matériaux supraconducteurs pour réaliser des éléments de circuits à commutation spontanée vers un état non supraconducteur dû à l'arrivée d'un signal ayant une puissance supérieure à un seuil prédéterminé. En effet, outre une résistance de surface très faible à température inférieure à la température critique (permettant la réalisation de filtres planaires équivalant aux filtres à cavité classiques), ces matériaux supraconducteurs présentent une transition de phase abrupte de l'état supraconducteur vers l'état normal (résistif).

Cette transition se produit soit si la température des matériaux passe au-dessus de leur température critique, soit s'ils sont parcourus par un courant supérieur au courant critique intrinsèque de ces matériaux, qui est de l'ordre de 1 MA/cmz en termes de courant volumique ou bien de 1 kA/m en termes de courant surfacique, pour les matériaux couramment employés.

Dans le cas des filtres conformes à l'invention, pour déterminer les caractéristiques mécaniques du ruban conducteur constituant chaque résonateur, on détermine d'abord quelle est la puissance réactive maximale possible que peut avoir un signal utile à l'entrée du filtre à la fréquence considérée du résonateur. On dimensionne alors la section de ce ruban de façon que le courant correspondant à cette puissance maximale admissible soit égal ou légèrement inférieur audit courant critique intrinsèque. Ainsi, un signal de brouillage ayant une puissance supérieure à cette puissance maximale admissible provoquera la transition du matériau du ruban vers l'état normal résistif. Bien entendu, la puissance de refroidissement du dispositif de refroidissement du matériau supraconducteur est maintenue constante.

Dans le tableau ci-dessous, relatif à un filtre dont le matériau supraconducteur du ruban microstrip est du YBCO, on a marqué les ordres de grandeur des valeurs typiques de seuils de puissance réactive (correspondant à la transition supraconducteur/conducteur normal) de ce matériau, pour des largeurs de ligne de0, 1, 1 et 10 mm, pour une épaisseur typique de 0,5 Nm et des largeurs relatives de bande de fréquences de 1 %, 10 % et 100 %. Ces seuils de puissance vont de 3 mW à 500 W, ce qui permet de satisfaire la plupart des besoins.

largeur <SEP> de <SEP> ligne
<tb> 0,1mm <SEP> 1 <SEP> mm <SEP> 10 <SEP> mm
<tb> largeur <SEP> de <SEP> bande
<tb> 1 <SEP> % <SEP> 3mW <SEP> 100mW <SEP> 5W
<tb> 10% <SEP> 30 <SEP> mW <SEP> 1 <SEP> W <SEP> 50 <SEP> W
<tb> 100% <SEP> 300 <SEP> mW <SEP> 10W <SEP> 500 <SEP> W Un exemple de réalisation de filtre est le suivant. Ce filtre a été réalisé pour la radiotéléphonie dans la bande 1700-1800 MHz, en technologie microruban. Son conducteur était en YBCO, qui devient supraconducteur à une température T < 91 K. II était disposé sur un substrat en LaA103 d'une épaisseur de 0,5 mm, qui présentait une constante diélectrique de 23,6 à une température de 77 K. La longueur de la ligne conductrice, pour une fréquence de résonance de 1753 MHz, était égale à une demi-longueur d'onde, soit 22 mm. La largeur de cette ligne était de 1 mm.

On a représenté en figure 1 un exemple de réalisation d'un filtre 1 conforme à l'invention, de forme classique, dans son boîtier 2 dont le couvercle supérieur a été ôté. Les conducteurs 3 du filtre sont déposés sur un substrat isolant 4 qui est fixé dans le boîtier. Dans cet exemple de réalisation, les conducteurs 3 se présentent sous forme de bandes rectilignes parallèles entre elles, dont la longueur est à chaque fois égale à la demi- longueur d'onde à éliminer, les différentes bandes étant couplées entre elles de façon habituelle. Les bornes d'entrées 5 et de sortie 6 sont respectivement reliées à chacune des bandes extrêmes.

On a représenté en figure 2, le diagramme d'évolution du coefficient de réflexion d'un résonateur supraconducteur refroidi en-dessous de sa température critique, en fonction de la fréquence. On constate que lorsque la puissance qu'il reçoit dépasse un seuil S qui est choisi supérieur à la puissance maximale des signaux utiles susceptibles d'être reçus, ce qui se produit tout près de la fréquence de résonance du résonateur, le résonateur commute très rapidement vers un état 7 plus résistif. II en résulte un état stable avec un fort coefficient de réflexion qui renvoie vers l'entrée le signal qui correspond à la fréquence de résonance du résonateur, ce signal étant, bien entendu, un signal parasite à éliminer. Selon un exemple de réalisation, la commutation se produit pour une puissance active d'entrée de 0,9 mW soit une puissance réactive d'environ 10 W. Le temps de commutation est nettement inférieur au temps de réaction des circuits du récepteur (circuits de détection, d'analyse et de contre-réaction) qui pourraient contrarier l'action du filtre. Ce temps de commutation est limité par le temps d'établissement de la résonance, qui est fonction du coefficient de surtension du résonateur, et qui est, dans le cas présent, d'environ 10 Ns environ. Dans le cas d'un filtre à plusieurs résonateurs, huit par exemple, ce temps d'établissement est d'environ 1 à 100 nanosecondes (ce temps est inversement proportionnel à la bande de fréquences rejetées par ce filtre). La commutation spontanée du résonateur permet de couper toute une bande de fréquences de brouillage et de protéger le récepteur branché en aval. Le circuit supraconducteur lui-même est relativement protégé car son impédance est alors désadaptée, et la puissance d'entrée est réfléchie et non absorbée. Si la puissance active d'entrée est très élevée (par exemple de 1 W), le circuit d'entrée peut éventuellement subir une transition thermique réversible.

On a représenté en figure 3, un exemple de configuration en treillis d'un filtre large bande à plusieurs étages, constituant, à l'entrée, un multiplexeur distributeur fréquentiel, et côté sortie un démultiplexeur recombineur fréquentiel. A chaque étage successif du multiplexeur, la bande de fréquences est divisée par deux, et inversement pour le démultiplexeur. Dans le multiplexeur, chaque filtre d'un étage et relié à deux filtres de l'étage suivant. On passe ainsi du premier étage (étage d'entrée) à un seul filtre F1 au quatrième étage à huit filtres F4.1 à F4.8 en passant par un deuxième étage à deux filtres F2.1 et F2.2 et un troisième étage à quatre filtres F3.1 à F3.4. La recombinaison se fait de façon inverse en reliant à chaque fois deux filtres à un seul. Ainsi, dans l'exemple de la figure 3, le cinquième étage comporte quatre filtres F5.1 à F5.4, le sixième, deux filtres F6.1 et F6.2, et le dernier étage, ou étage de sortie, un seul filtre F7.

On a représenté la caractéristique d'atténuation en fonction de la fréquence de l'architecture de la figure 3 en l'absence de signal saturant (signal parasite). Les caractéristiques des filtres individuels sont telles que les huit sous-bandes sont adjacentes, l'ensemble constituant un filtre passe- bande à large bande, avec une atténuation très faible dans la bande passante (inférieure à 1 dB) entre 2 et 18 GHz par exemple.

Le diagramme de la figure 5 se rapporte au cas de l'arrivée d'un signal parasite saturant, c'est-à-dire de niveau suffisant pour que la puissance réactive correspondante dépasse le seuil S précité. II en résulte que seule la sixième sous-bande est fortement atténuée, cette atténuation pouvant atteindre 70 dB à la fréquence centrale de la sous-bande.

A chaque étage de la configuration de la figure 3, la bande de fréquences est divisée par 2, et la fréquence réactive double, chaque étage étant ainsi protégé par l'étage précédent, les caractéristiques des résonateurs correspondants (largeur de leur supraconducteur) étant déterminées en conséquence pour que le seuil S soit adapté à la puissance réactive incidente. La ligne d'entée du filtre elle-même peut être dimensionnée pour protéger l'ensemble si la puissance d'entrée est supérieure à quelques dizaines de Watts (ou davantage si l'impédance d'entrée du filtre est inférieure à 50 Ohms). L'ensemble des filtres de la figure 3 est disposé dans un boîtier réfrigéré, par exemple à l'aide d'un refroidisseur miniature de type Stirling.

Claims

REVENDICATIONS

1. Filtre coupe-bande autolimiteur du type à au moins un élément résonateur en matériau supraconducteur (3) réfrigéré à une température inférieure à sa température critique, caractérisé par le fait que son(ses) élément(s) résonateur(s) a(ont) une section telle que pour un signal d'entrée ayant une puissance d'entrée réactive supérieure à la puissance maximale des signaux utiles pouvant être reçus, le matériau supraconducteur présente une transition de phase vers un état non supraconducteur.

2. Filtre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que pour couper une large bande de fréquences, on dispose plusieurs filtres en configuration en treillis à plusieurs étages, cette configuration comportant plusieurs étages d'entrée (F1 à F4.8) constituant un multiplexeur distributeur fréquentiel et plusieurs étages de sortie (F4.1 à F7) constituant un démultiplexeur recombineur fréquentiel.