WO2004042862A1 - Filtre passe-bande hyperfrequences a large bande - Google Patents

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WO2004042862A1
WO2004042862A1 PCT/EP2003/050788 EP0350788W WO2004042862A1 WO 2004042862 A1 WO2004042862 A1 WO 2004042862A1 EP 0350788 W EP0350788 W EP 0350788W WO 2004042862 A1 WO2004042862 A1 WO 2004042862A1
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Jean-Claude Mage
Bruno Marcilhac
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Thales
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    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/201—Filters for transverse electromagnetic waves
    • H01P1/203—Strip line filters
    • H01P1/20327—Electromagnetic interstage coupling
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    • H01P1/20327—Electromagnetic interstage coupling
    • H01P1/20354—Non-comb or non-interdigital filters
    • H01P1/20381—Special shape resonators

Definitions

  • the present invention relates to a broadband microwave bandpass filter.
  • the bandpass filters currently used at microwave frequencies are generally of the type with rectilinear coupled lines or folded in a "U" shape. Such filters have insufficient stiffness of the sides of their frequency / attenuation characteristic and insertion losses.
  • the subject of the present invention is a bandpass filter having a frequency / attenuation characteristic whose flanks are as steep as possible and which introduces negligible insertion losses.
  • the bandpass filter according to the invention comprises a plurality of folded ⁇ / 2 lines, successively arranged head to tail and coupled together, and it is characterized in that each of these lines has an approximate shape of "V" the two branches of which are symmetrical with respect to an axis of symmetry, each of these branches consisting of a first section parallel to the axis of symmetry, a second section following the first and perpendicular to the axis of symmetry , directed towards the axis of symmetry without reaching it, of a third section following the second, parallel to the axis of symmetry and closer to it than the first section, and of a fourth section following in the third, perpendicular to the axis of symmetry and joining it, and by the fact that these lines are made of superconductive material.
  • FIG. 2 is an enlarged view of part of FIG. 1, and
  • FIG. 3 is a diagram of characteristic curves of the filter of the invention and filters of the prior art.
  • the filter described below has a bandwidth of 2 or 4
  • GHz for a central frequency which may be between 3 and 20 GHz approximately, but it is understood that the invention is not limited to these values, and that a person skilled in the art will be able, on reading the present description, modify these values while obtaining the same advantages as in the present example.
  • the bandpass filter 1 shown in the drawing comprises, for the present example, twelve lines of electrical length ⁇ 12 coupled together and referenced L1 to L12, but it is understood that the number of lines of a filter may be different , advantageously between 12 and 16.
  • the stiffness of the sides of the frequency / attenuation characteristic being a direct function of the number of lines, it may be necessary to seek a compromise between a great stiffness and a large bulk (generally, the devices comprising such filters should include a large number of them to improve their characteristics, while their size must be limited, for example when these devices are airborne).
  • Lines L1 and L12 are "folded" lines with a general "V" shape.
  • the two branches of this "V" instead of being rectilinear, are each in the form of a "stair step" having, at mid-height, a landing perpendicular to the 'axis of symmetry of the' V 'at each end of which is connected a' post 'parallel to the axis of symmetry of the' V '.
  • the successive lines are arranged head to tail, so as to be optimally coupled and to reduce the size of the filter.
  • the free end of the line L12 is directly connected to a metallized block E formed on the substrate 2 and constituting the input terminal of the filter 1.
  • the free end of the line L1 is directly connected to a metallized block S formed on the substrate 2 and constituting the output terminal of the filter 1.
  • a metallized block S formed on the substrate 2 and constituting the output terminal of the filter 1.
  • the shapes and dimensions of the terminals E and S are determined so as to give them an adequate impedance.
  • the inlet of the filter can be on the side of line L1, and its outlet on the side of line L12.
  • the bar 2 has for example a rectangular shape, and the lines L1 to Ln follow one another in a direction 3 parallel to a long side of the bar 2.
  • These lines have a general shape of "V” and the axes of symmetry of these " V "are all parallel to a direction 4 which is perpendicular to the direction 3, the openings of the "V” being alternately directed in opposite directions.
  • the common “height” of all the lines L1 to Ln is referenced h (dimension of the lines measured parallel to the direction 4). In detail, and as shown in Figure 2 for four successive lines Lm-1.
  • Lm, Lm + 1, Lm + 2, these lines are produced as follows, as explained below for the line Lm, identical to all the other lines, only the orientation of the lines alternating from one line to the next .
  • the axis of symmetry of the line Lm is referenced 5, and only half of this line is described here (to the left of the axis 5, as seen in FIG. 2), the other half is deducing the symmetry with respect to the axis 5.
  • the line Lm comprises a first rectilinear section 6 extending over practically half the height h. This section is parallel to the axis 5. The section 6 is followed by a section 7 which is perpendicular thereto and goes towards the axis 5 without however reaching it.
  • the section 7 is extended by a section 8 parallel to the axis 5, which itself extends by a section 9 perpendicular to the axis 5 and arriving up to the axis 5.
  • the other half of the line Lm consists of sections 6a to 9a, respectively symmetrical of sections 6 to 9 with respect to axis 5.
  • D be the distance between sections 6 and 6a.
  • the sum of the lengths of the sections 9 and 9a is substantially equal to D / 3, and it follows that the lengths of the sections 7 and 7a are practically each equal to D / 3.
  • the successive lines L1 to Ln are very close to each other, in order to ensure optimum coupling between them.
  • the distance d between two adjacent lines is advantageously a few tens of micrometers and preferably less than 100 ⁇ m for filter lines capable of operating at frequencies between 2 and 20 GHz, for example.

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Abstract

Le filtre de l'invention comporte plusieurs lignes (L1 .... Ln) lambda/2 disposées tête-bêche et fortement couplées entre elles. Ces lignes sont en matériau supraconducteur et ont une forme en marches d'escalier.

Description

FILTRE PASSE-BANDE HYPERFREQUENCES A LARGE BANDE
La présente invention se rapporte à un filtre passe-bande hyperfiréquences à large bande.
Les filtres passe-bande utilisés actuellement en hyperfréquences sont généralement du type à lignes couplées rectilignes ou repliées en « U ». De tels filtres présentent une raideur insuffisante des flancs de leur caractéristique fréquence/atténuation et des pertes d'insertion.
La présente invention a pour objet un filtre passe-bande présentant une caractéristique fréquence/atténuation dont les flancs soient le plus raides possible et qui introduise des pertes d'insertion négligeables. Le filtre passe-bande conforme à l'invention comporte une pluralité de lignes λ/2 repliées, disposées successivement tête-bêche et couplées entre elles, et il est caractérisé par le fait que chacune de ces lignes a une forme approximative de « V » dont les deux branches sont symétriques par rapport à un axe de symétrie, chacune de ces branches se composant d'un premier tronçon parallèle à l'axe de symétrie, d'un deuxième tronçon faisant suite au premier et perpendiculaire à l'axe de symétrie, dirigé vers l'axe de symétrie sans l'atteindre, d'un troisième tronçon faisant suite au deuxième, parallèle à l'axe de symétrie et plus proche de celui-ci que le premier tronçon, et d'un quatrième tronçon faisant suite au troisième, perpendiculaire à l'axe de symétrie et le rejoignant, et par le fait que ces lignes sont en matériau supraconducteur.
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 filtre passe-bande conforme à l'invention,
- la figure 2 est une vue agrandie d'une partie de la figure 1 , et
- la figure 3 est un diagramme de courbes caractéristiques du filtre de l'invention et de filtres de l'art antérieur. Le filtre décrit ci-dessous a une bande passante de 2 ou de 4
GHz, pour une fréquence centrale pouvant être comprise entre 3 et 20 GHz environ, mais il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée à ces valeurs, et que l'homme du métier pourra, à la lecture de la présente description, modifier ces valeurs tout en obtenant les mêmes avantages qu'avec le présent exemple.
Le filtre passe-bande 1 représenté sur le dessin comporte, pour le présent exemple, douze lignes de longueur électrique λ 12 couplées entre elles et référencées L1 à L12, mais il est bien entendu que le nombre de lignes d'un filtre peut être différent, avantageusement compris entre 12 et 16. La raideur des flancs de la caractéristique fréquence/atténuation étant une fonction directe du nombre de lignes, on pourra être amené à rechercher un compromis entre une grande raideur et un encombrement important (généralement, les appareils comportant de tels filtres devraient en comporter un grand nombre pour améliorer leurs caractéristiques, alors que leur encombrement doit être limité, par exemple lorsque ces appareils sont aéroportés).
Les lignes L1 et L12 sont des lignes « repliées » à forme générale en « V ». Cependant, selon une caractéristique importante de l'invention, les deux branches de ce « V », au lieu d'être rectilignes, sont chacune en forme de « marche d'escalier » présentant, à mi-hauteur, un palier perpendiculaire à l'axe de symétrie du « V » à chaque extrémité duquel se raccorde un « montant » parallèle à l'axe de symétrie du « V ». Les lignes successives sont disposées tête-bêche, de façon à être couplées de manière optimale et à réduire l'encombrement du filtre. L'extrémité libre de la ligne L12 est directement reliée à un pavé métallisé E formé sur le substrat 2 et constituant la borne d'entrée du filtre 1. L'extrémité libre de la ligne L1 est directement reliée à un pavé métallisé S formé sur le substrat 2 et constituant la borne de sortie du filtre 1. Bien entendu, les formes et dimensions des bornes E et S sont déterminées de façon à leur conférer une impédance adéquate. II est également bien entendu que l'entrée du filtre peut se faire du côté de la ligne L1, et sa sortie du côté de la ligne L12.
Les lignes L1 à Ln (n = 12 dans le présent exemple) sont formées par dépôt de couches minces de matériau supraconducteur sur une barrette 2 en matériau présentant de faibles pertes diélectriques, tel que MgO. La barrette 2 a par exemple une forme rectangulaire, et les lignes L1 à Ln se succèdent selon une direction 3 parallèle à un grand côté de la barrette 2. Ces lignes ont une forme générale de « V » et les axes de symétrie de ces « V » sont tous parallèles à une direction 4 qui est perpendiculaire à la direction 3, les ouvertures des « V » étant alternativement dirigées en sens contraires. La « hauteur » commune de toutes les lignes L1 à Ln est référencée h (dimension des lignes mesurée parallèlement à la direction 4). Dans le détail, et comme représenté en figure 2 pour quatre lignes successives Lm-1. Lm, Lm+1, Lm+2, ces lignes sont réalisées de la façon suivante, comme expliqué ci-après pour la ligne Lm, identique à toutes les autres lignes, seule l'orientation des lignes alternant d'une ligne à la suivante. L'axe de symétrie de la ligne Lm est référencé 5, et on ne décrit ici qu'une moitié de cette ligne (à gauche de l'axe 5, telle que vue sur la figure 2), l'autre moitié s'en déduisant la symétrie par rapport à l'axe 5. La ligne Lm comporte un premier tronçon rectiligne 6 s'étendant sur pratiquement la moitié de la hauteur h. Ce tronçon est parallèle à l'axe 5. Le tronçon 6 est suivi d'un tronçon 7 qui lui est perpendiculaire et se dirige vers l'axe 5 sans toutefois l'atteindre. Le tronçon 7 se prolonge par un tronçon 8 parallèle à l'axe 5, qui se prolonge lui-même par un tronçon 9 perpendiculaire à l'axe 5 et arrivant jusqu'à l'axe 5. L'autre moitié de la ligne Lm se compose des tronçons 6a à 9a, respectivement symétriques des tronçons 6 à 9 par rapport à l'axe 5.
Soit D la distance entre les tronçons 6 et 6a. Selon un mode de réalisation préféré, la somme des longueurs des tronçons 9 et 9a est sensiblement égale à D/3, et il en résulte que les longueurs des tronçons 7 et 7a sont pratiquement égales chacune à D/3.
Les lignes successives L1 à Ln sont très proches les unes des autres, afin d'assurer entre elles un couplage optimal. Comme indiqué en figure 2, la distance d entre deux lignes adjacentes est avantageusement de quelques dizaines de micromètres et de préférence inférieure à 100 μ m pour des lignes de filtres pouvant fonctionner à des fréquences comprises entre 2 et 20 GHz, par exemple.
On a représenté en figure 3, les courbes caractéristiques atténuation/fréquence d'un filtre passe-bande conforme à l'invention avec une distance interlignes d = 80 μm (courbe A), d'un filtre passe-bande conforme à l'invention avec d = 104 μm (courbe B) et d'un filtre passe-bande de l'art antérieur avec lignes en simple « U » alternativement dirigées en sens opposés avec une distance interlignes de 144 μm. On constate d'après ces courbes que, d'une part, les pertes d'insertion du filtre conforme à l'invention sont bien plus faibles que celles d'un filtre de l'art antérieur (sans matériau supraconducteur), ce qui était prévisible du fait de la nature du matériau des lignes du filtre, et d'autre part, les flancs de la courbe A sont plus raides que ceux de la courbe B, et bien plus raides que ceux de la courbe C.

Claims

REVENDICATIONS
1. Filtre passe-bande hyperfréquences à large bande, comportant une pluralité de ligne λ/2 repliées, disposées successivement tête-bêche et couplées entre elles, caractérisé par le fait que chacune de ces lignes (L1 à Ln) a une forme approximative de « V » dont les deux branches sont symétriques par rapport à un axe de symétrie (5), chacune de ces branches se composant d'un premier tronçon (6, 6a) parallèle à l'axe de symétrie, d'un deuxième tronçon (7, 7a) faisant suite au premier et perpendiculaire à l'axe de symétrie, dirigé vers l'axe de symétrie sans l'atteindre, d'un troisième tronçon (8, 8a) faisant suite au deuxième, parallèle à l'axe de symétrie et plus proche de celui-ci que le premier tronçon, et d'un quatrième tronçon (9, 9a) faisant suite au troisième, perpendiculaire à l'axe de symétrie et le rejoignant, et par le fait que ces lignes sont en matériau supraconducteur.
2. Filtre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que dans chaque branche du « V », le premier et le troisième tronçon sont sensiblement égaux entre eux.
3. Filtre selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la longueur du deuxième tronçon est sensiblement égale au double de celle du quatrième tronçon.
4. Filtre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la distance (d) entre lignes contiguës est inférieure à environ
100 μm pour des lignes de filtre fonctionnant à une fréquence centrale comprise entre 3 et 20 GHz environ.
5. Filtre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte 12 à 16 lignes environ.
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