EP0075498A1 - Filtre à cavités, présentant un couplage entre cavités non adjacentes - Google Patents

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EP0075498A1
EP0075498A1 EP82401575A EP82401575A EP0075498A1 EP 0075498 A1 EP0075498 A1 EP 0075498A1 EP 82401575 A EP82401575 A EP 82401575A EP 82401575 A EP82401575 A EP 82401575A EP 0075498 A1 EP0075498 A1 EP 0075498A1
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Marie-Christine Henriot
Patrick Janer
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/207—Hollow waveguide filters
    • H01P1/208—Cascaded cavities; Cascaded resonators inside a hollow waveguide structure

Definitions

  • the present invention relates to band pass type cavity filters.
  • these filters are obtained by a series mounting of resonant cavities each tuned by a movable plunger (screw), the adjacent cavities being coupled together by irises or by rod curtains.
  • the coupling coefficient existing between two adjacent cavities is defined by the opening of the iris or the spacing between the rod curtains according to the technology used and can be adjusted by means of a coupling screw which modifies the susceptance presented by the iris or the curtain of stems.
  • Such filters have a symmetrical amplitude / frequency response, of the Chebyshev type or of the Butterworth type.
  • the object of the present invention is to avoid the aforementioned drawbacks.
  • the filter shown in FIG. 1 is a filter of the bandpass type, produced in a waveguide of rectangular section, 1.
  • the incident signal enters through an access E located at one end 3 of the guide and exits through an access S located at the other end 4 of the guide.
  • the filter comprises a set of 6 cavities CI to C6 arranged in series in the waveguide which is straight.
  • These cavities which are mounted in series, are electrically coupled by means of the irises 12 to 16. These irises are all aligned and their dimensions are determined so that they each have a given susceptibility to the incoming electromagnetic wave. . This susceptance defines the value of the coupling coefficient between each cavity.
  • Screws ql to q7, emerging from the waveguide, are respectively screwed through the coupling plates Vl to V7 to open into the irises II to 17; by driving them into the irises, the screws make it possible to adjust the coupling coefficient by slightly modifying the susceptance of the irises.
  • a slot, L In this lower face 2, represented in FIG. 2, is cut a slot, L, the length of which is determined by the distance which separates the cavities to be coupled in order to obtain a pseudo-elliptical response.
  • This slot L which goes from the cavity C2 to the cavity C5 is arranged parallel to the longitudinal edges of the guide and its ends are located respectively at the middle of the cavities C2 and C5 in order to maintain the symmetry of the response and to obtain a good performance, because the slot L behaves like a slot line or an antenna and allows part of the energy to pass directly from the cavity C2 to the cavity C5.
  • the ends of the slot have an enlarged part in the shape of T, E and E ', so as to amplify this phenomenon. Indeed, the widened slot ends make it possible to strongly couple the cavities C2 and C5 while there is practically no transfer of energy between the cavities C3 and C4 and the slot L due to the small width of the slot where it cuts the bottom of these cavities.
  • This embodiment is improved by adding two small antennas A, A ', which radiate respectively inside the cavities C2 and C5.
  • Each antenna is constituted by a conducting wire, one of the ends of which is electrically connected to one end of the slot; A is connected to E and A 'is connected to E'.
  • the housing 5 of parallelepiped shape, shown in section in FIG. 3, is integral with the guide by its ends 8 and 9 which are welded respectively to the ends 3 and 4 of the guide.
  • the wall of the housing 5 opposite the slot L is crossed by a screw, 6, accessible from the outside of the filter to allow frequency adjustment.
  • a screw, 6, accessible from the outside of the filter to allow frequency adjustment.
  • this screw, 6, is provided at its end with a plate 7 of dimension greater than that of the end of the screw 6, the screw 6 is screwed onto the housing 5 facing the slot L.
  • the insertion of the screw 6 deforms the electric field lines which are established around the slot L, which makes it possible to modify the coupling M 2 , 5 produced by the slot L.
  • the screw 6 makes it possible to increase or decrease the value of the coupling produced, which has the consequence of varying the frequency of the two weakening peaks obtained by the coupling of the cavities C2 and C5.
  • This frequency adjustment increases or decreases the value of the slopes of the filter response curve.
  • the closer the end of the screw 6 to the slot L the weaker the coupling and therefore the more the infinite weakening point moves away from the central frequency and the more the slopes become flat.
  • the further the screw is from the slot the stronger the coupling and therefore the more the weakening point approaches the center frequency and the more the slopes stiffen.
  • the slot makes it possible to correct the out-of-band response of the filter without significantly modifying the characteristics in the bandwidth.
  • a six-pole filter that is to say with six cavities
  • a slot coupling to obtain the same steepness for the amplitude / frequency response curve, as with an eight-pole filter.
  • the coupling can be carried out with only one slot, that is to say without the antennas and without the housing or else with the slot and the antennas or the slot and the housing.
  • the screw 6 is not essential; the value of the coupling then results, for a given slot, from the choice of the distance between the slot and the wall of the housing opposite the slot.

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Abstract

Filtre à cavités dans lequel, pour obtenir en particulier une bande passante à flancs raides, un couplage est effectué entre deux cavités non adjacentes. Filtre en guide d'ondes rectangulaire droit, comprenant un ensemble de cavités (C1-C6) coupées en série et au moins une fente (L) percée dans une face (2) du guide rectangulaire droit entre deux cavités non adjacentes (C2, C5) du filtre. Application aux filtres hyperfréquences en guide d'ondes.

Description

  • La présente invention se rapporte aux filtres à cavités du type passe-bande.
  • Classiquement ces filtres sont obtenus par un montage en série de cavités résonnantes accordées chacune par un plongeur mobile (vis), les cavités adjacentes étant couplées entre elles par des iris ou par des rideaux de tiges. Le coefficient de couplage existant entre deux cavités adjacentes est défini par l'ouverture de l'iris ou l'espacement entre les rideaux de tiges suivant la technologie utilisée et peut être ajusté au moyen d'une vis de couplage venant modifier la susceptance présentée par l'iris ou le rideau de tiges. De tels filtres ont une réponse amplitude/ fréquence symétrique, du type Tchebychev ou du type Butterworth.
  • Dans certaines applications il est nécessaire d'obtenir des pointes d'affaiblissement infini à des fréquences données, situées de part et d'autre de la fréquence centrale et en dehors de la bande utile du filtre qui est déterminée par ses fréquences de coupures. La réponse amplitude /fréquence du filtre est alors qualifiée de réponse pseudo-elliptique. Pour obtenir ce type de réponse il est nécessaire d'effectuer un couplage entre certaines cavités non adjacentes ; le choix de ces cavités résulte d'une étude faite à partir d'une méthode classique de synthèse des filtres. Dans la pratique, pour obtenir de tels couplages, un filtre ayant au moins 4 cavités, est replié sur lui-même en son milieu de façon à présenter une paroi commune à ses deux parties repliées ; en plus du couplage en série des cavités, est effectué au moins un couplage entre deux cavités non adjacentes (au sens du montage en série des cavités) grâce à un iris percé dans la paroi commune, à l'endroit où elle sépare les deux cavités considérées. Une description de ces filtres est donnée dans un article écrit par John Rhodes paru dans la revue "IEE Transactions on microwave theory and techniques" Vol.MTT-18, No.6, June 1970.
  • La réalisation de tels filtres est complexe et, de ce fait, le coût en est élevé.
  • Une autre manière connue de réaliser de tels couplages consiste à percer un iris dans la paroi latérale de chacune des deux cavités non adjacentes à coupler et de transférer l'énergie d'un iris à l'autre par un guide d'ondes accolé au filtre ; un tel exemple est donné dans PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, vol.l, no.156, 13 décembre 1977, page 8545 E 77 et dans le brevet japonais JP-A-52 100 955 qui y correspond. Mais il s'agit là encore d'une solution onéreuse étant donné qu'un guide d'ondes est relativement cher à réaliser.
  • La présente invention a pour but d'éviter les inconvénients précités.
  • Ceci est obtenu au moyen d'un rétrocouplage par fente entre deux cavités d'un filtre à cavités.
  • La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent :
    • - la figure I, un filtre en guide d'ondes selon l'invention,
    • la figure 2, une vue d'un élément du filtre de la figure 1,
    • - la figure 3, une coupe longitudinale du filtre de la figure 1.
  • Le filtre représenté sur la figure 1 est un filtre du type passe-bande, réalisé dans un guide d'ondes à section rectangulaire, 1. Le signal incident rentre par un accès E situé à une extrémité 3 du guide et sort par un accès S situé à l'autre extrémité 4 du guide. Le filtre comporte un ensemble de 6 cavités CI à C6 disposées en série dans le guide d'ondes qui est droit.
  • Les cavités sont délimitées par des plaques V1 à V7, dont les dimensions sont les mêmes que celles de la section du filtre et chaque plaque est munie d'un iris Il à 17. Les iris Il à 17 constituent les accès E et S du filtre.
  • Ces cavités, qui sont montées en série, sont couplées électriquement au moyen des iris 12 à 16. Ces iris sont tous alignés et leurs dimensions sont déterminées pour qu'ils présentent chacun vis-à-vis de l'onde électromagnétique entrante une susceptance donnée. Cette susceptance définit la valeur du coefficient de couplage entre chaque cavité.
  • Les coefficients de couplage sont déterminés à l'aide de matrices de couplage selon des méthodes classiques de calcul de synthèse des filtres pour obtenir les caractéristiques voulues dans la bande passante désirée.
  • Des vis ql à q7 , débouchant hors du guide d'ondes, sont vissées respectivement à travers les plaques de couplage Vl à V7 pour déboucher dans les iris Il à 17 ; par leur enfoncement dans les iris, les vis permettent d'ajuster le coefficient de couplage en modifiant légèrement la susceptance des iris.
  • La fréquence de résonance de chaque cavité est réglée à l'aide d'une vis d'accord Ql à Q6 . Toutes les vis d'accord sont accessibles pour le réglage et sont placées sur la face supérieure du filtre.
  • Un boîtier 5 muni d'une vis 6 est fixé sous la face inférieure, 2, du filtre contre laquelle il est accolé.
  • Dans cette face inférieure 2, représentée sur la figure 2, est découpée une fente, L, dont la longueur est déterminée par la distance qui sépare les cavités à coupler afin d'obtenir une réponse pseudo-elliptique. Cette fente L, qui va de la cavité C2 à la cavité C5 est disposée parallèlement aux arêtes longitudinales du guide et ses extrémités sont situées respectivement au niveau du milieu des cavités C2 et C5 afin de conserver la symétrie de la réponse et d'obtenir un bon rendement, car la fente L se comporte comme une ligne à fente ou une antenne et permet à une partie de l'énergie de passer directement de la cavité C2 à la cavité C5 . De plus les extrémités de la fente présentent une partie élargie en forme de T, E et E', de manière à amplifier ce phénomène. En effet les extrémités de fente élargies permettent de coupler fortement les cavités C2 et C5 alors qu'il n'y a pratiquement pas de transfert d'énergie entre les cavités C3 et C4 et la fente L du fait de la faible largeur de la fente à l'endroit où elle coupe le fond de ces cavités.
  • Cette réalisation est améliorée en ajoutant deux petites antennes A, A' , qui rayonnent respectivement à l'intérieur des cavités C2 et C5 . Chaque antenne est constituée par un fil conducteur dont une des extrémités est reliée électriquement à une extrémité de la fente ; A est reliée à E et A' est reliée à E' .
  • La fente L a pour résultat d'amener un affaiblissement infini sur deux fréquences situées hors de la bande passante du filtre.
  • Le boîtier 5 de forme parallélépipédique, montré en coupe sur la figure 3, est solidaire du guide par ses extrémités 8 et 9 qui sont soudées respectivement aux extrémités 3 et 4 du guide.
  • La figure 3 montre que le boîtier 5 présente une grande ouverture dans sa paroi accolée à la face 2 du guide. Cette ouverture est nettement plus large que la fente L et se trouve devant cette fente. Les antennes A et A' pénètrent respectivement à l'intérieur des cavités C2 et C5.Le boîtier 5 permet de guider l'énergie rayonnée issue de la fente et de limiter une dispersion de cette énergie dans l'espace.
  • La paroi du boîtier 5 opposée à la fente L est traversée par une vis, 6, accessible de l'extérieur du filtre pour permettre un réglage en fréquence. Dans la réalisation particulière qui est décrite une seule vis est prévue ; cette vis, 6, est munie à son extrémité d'un plateau 7 de dimension supérieure à celle de l'extrémité de la vis 6, la vis 6 est vissée sur le boîtier 5 face à-la fente L. L'enfoncement de la vis 6 déforme les lignes de champ électrique qui s'établissent autour de la fente L, ce qui permet de modifier le couplage M 2,5 réalisé par la fente L.
  • La vis 6 permet d'augmenter ou de diminuer la valeur du couplage réalisé ce qui a pour conséquence de faire varier en fréquence les deux pointes d'affaiblissement obtenues par le couplage des cavités C2 et C5 . Ce réglage en fréquence permet d'augmenter ou de diminuer la valeur des pentes de la courbe de réponse du filtre. En effet, plus l'extrémité de la vis 6 est rapprochée de la fente L, plus le couplage est faible et donc plus la pointe d'affaiblissement infini s'éloigne de la fréquence centrale et plus les pentes s'applatissent. Plus la vis est éloignée de la fente, plus le couplage est fort et donc plus la pointe d'affaiblissement se rapproche de la fréquence centrale et plus les pentes se raidissent.
  • La fente permet de corriger la réponse hors bande du filtre sans pour autant modifier sensiblement les caractéristiques dans la bande passante. Ainsi il est possible, par exemple avec un filtre à six pôles (c'est-à-dire à six cavités), avec un couplage à fente d'obtenir la même raideur de pente pour la courbe de réponse amplitude/fréquence, qu'avec un filtre à huit pôles.
  • Le filtre qui vient d'être décrit à l'aide des figures est un filtre d'une longueur hors tout de 175 mm avec une section intérieure du guide d'ondes 1 de 28,499 x 12,624 mm. Pour un réglage donné de ce filtre les mesures ci-après ont été effectuées :
    • - fréquence centrale de la bande passante : 7715 MHz
    • - bande passante : 430 MHz
    • - raideur des flancs de part et d'autre de la bande passante : chute de 60 dB sur 300 MHz sans le couplage par fente et chute de 60 dB sur 200 MHz avec le couplage par fente.
  • La description qui vient d'être faite portait sur un filtre à six cavités à guide à section rectangulaire, mais l'invention s'applique également dans le cas où la section du guide est carrée ; d'ailleurs, dans les revendications, quand il sera question de guides rectangulaires il sera entendu que cette appellation couvrira les guides carrés. L'invention s'applique aussi au cas où le nombre de cavités est différent de six ; il est toutefois à remarquer que le nombre de cavités doit au moins être égal à trois étant donné que le couplage par fente doit se faire entre deux cavités non adjacentes.
  • Par ailleurs il est à noter que le couplage peut être effectué avec seulement une fente, c'est-à-dire sans les antennes et sans le boîtier ou bien avec la fente et les antennes ou la fente et le boîtier. De même, dans le cas de l'utilisation d'un boîtier, la vis 6 n'est pas indispensable ; la valeur du couplage résulte alors, pour une fente donnée, du choix de la distance entre la fente et la paroi du boîtier opposée à la fente.
  • Par rapport au couplage décrit dans l'art antérieur ci-avant où un guide d'ondes relie deux iris, il est à remarquer que, dans le couplage par fente selon l'invention, lorsqu'un boîtier tel que 5 doit être utilisé il n'a pas besoin d'être réalisé avec la précision d'un guide d'ondes étant donné qu'il a à jouer un rôle de blindage mais n'a pas à déterminer une fréquence de coupure comme c'est le cas pour le guide de l'art antérieur considéré.
  • Il est également à remarquer que le boîtier 5 peut être remplacé par une simple plaque métallique disposée à une distance convenable de la fente en fonction du couplage et de l'effet de blindage à assurer.

Claims (5)

1. Filtre en guide d'ondes, comportant n (n au moins égal à 3) cavités (C1-C6) couplées en série par n-1 élément de couplage primaires (12-16) et dans lequel un élément de couplage secondaire (L) couple entre elles deux cavités (C2, C5) non adjacentes au sens du couplage en série, caractérisé en ce que, les n cavités étant réalisées dans un même guide rectangulaire droit (1), l'élément de couplage secondaire comporte une fente (L) sensiblement parallèle aux arêtes longitudinales du guide, cette fente étant percée dans une des faces du guide et ayant ses extrémités (E, E') respectivement au niveau des deux cavités non adjacentes à coupler.
2. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fente (L) est élargie à ses deux extrémités.
3. Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte deux antennes (A, A') constituées par deux fils conducteurs ayant leurs premières extrémités respectivement réunies aux extrémités (E, E') de la fente (L) et pénétrant respectivement dans les deux cavités non-adjacentes (C2, C5).
4. Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une plaque métallique (5) solidaire du guide et disposée hors du guide, en face de la fente.
5. Filtre selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte une vis (6) de réglage du couplage secondaire, cette vis étant vissée dans la plaque métallique (5), sensiblement en regard du milieu de la fente (L).
EP19820401575 1981-09-04 1982-08-24 Filtre à cavités, présentant un couplage entre cavités non adjacentes Expired EP0075498B1 (fr)

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