EP0738022A1 - Filtre passe-bande à cavités, à structure en peigne et radioaltimètre équipé d'un filtre d'entrée de ce type - Google Patents

Filtre passe-bande à cavités, à structure en peigne et radioaltimètre équipé d'un filtre d'entrée de ce type Download PDF

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EP0738022A1
EP0738022A1 EP96400743A EP96400743A EP0738022A1 EP 0738022 A1 EP0738022 A1 EP 0738022A1 EP 96400743 A EP96400743 A EP 96400743A EP 96400743 A EP96400743 A EP 96400743A EP 0738022 A1 EP0738022 A1 EP 0738022A1
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EP
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filter
resonators
interval
passband
walls
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EP96400743A
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German (de)
English (en)
Inventor
Dominique Podvin
Christian Courtois
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Thales SA
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Thomson CSF SA
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00Auxiliary devices
    • H01P1/20Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/201Filters for transverse electromagnetic waves
    • H01P1/205Comb or interdigital filters; Cascaded coaxial cavities

Definitions

  • the present invention relates to band pass filters of the cavity type and with comb structure which are, in particular, used as input filters for radio frequency receivers; it also relates to radio receivers, and more particularly radio altimeters, equipped with such filters.
  • the filters used only cause a small insertion loss and have no parasitic bandwidths around the bandwidth.
  • the flanks of the passband are those of a TCHEBYSCHEFF filter, that is to say that they are not very stiff, which is troublesome in certain uses, especially for the flank which limits the high frequencies of the bandwidth.
  • the object of the invention is to avoid or, at the very least, to reduce this drawback without, for this, adding a notch filter in series with the band pass filter considered.
  • a band-pass filter with cavities, with comb structure, of central frequency Fo, comprising a parallelepipedic housing with a first and a second end, two first internal walls parallel to each other and two second internal walls mutually parallel and orthogonal to the first walls and a series assembly with successively the first end, a first interval, a first filter access, a second interval, comb teeth in series, a third interval, a second filter access, a fourth interval and the second end, the access points and the teeth each comprising a bar mounted perpendicular to the first walls, characterized in that n, with n integer and 0 ⁇ n ⁇ 5, of the four intervals each include a resonator mounted perpendicular to the second walls .
  • FIGS. 1 to 4 the corresponding elements are designated by the same symbols.
  • Figures 1 and 2 are respectively a longitudinal sectional view and a bottom view, cover removed, of a bandpass filter, cavity, comb structure, three teeth, according to the prior art.
  • the section according to FIG. 1 has been identified by an axis line corresponding to the projection of the cutting plane in the plane of FIG. 2, and by two arrows XX which indicate which of the two cut planes is drawn. in figure 1.
  • the filter of FIGS. 1 and 2 comprises a parallelepipedal box, of metal, with a hollow part, 1, and a cover, 2.
  • Two metal bars, Be, Bs are integral with the bottom of the hollow part and are arranged perpendicular to this bottom; three adjustment screws, metallic V1, V2, V3, the heads of which are external to the housing, pass right through and perpendicular to the bottom of the hollow part in order to be able to sink more or less deeply inside the housing .
  • the Be bar, the screws V1, V2, V3 and the bar Bs are aligned in this order.
  • Two metal access points Pe, Ps as well as three metal bars B1, B2, B3 are integral with the cover 2.
  • the sockets are arranged in the extension of holes drilled in the cover and the three bars B1, B2, B3, which constitute the three teeth of the comb are mounted perpendicular to the cover.
  • the cables Le, Ls constitute the input and output conductors of the filter according to figures 1 and 2.
  • the bars B1, B2, B3 constitute resonators and the screws V1, V2, V3, disposed respectively opposite the bars B1, B2, B3, constitute the elements for adjusting the resonance frequencies of these resonators.
  • a filter like that of FIGS. 1 and 2 is considered to be a filter with three cavities where the cavities are the spaces in the vicinity of each of the bars B1, B2, B3.
  • the housing 1 and the cover 2 as well as the bars Be, B1, B2, B3 are made of light alloy, chromated on all the walls internal to the waveguide which constitute the housing and lid; as for the adjustment screws V1, V2, V3, they are made of beryllium bronze.
  • the curve Ch is a classic curve of a Chebyshev filter, generally spelled Chebyshev or Chebishev in Anglo-Saxon literature.
  • This kind of filter has a low insertion loss and has no parasitic bandwidths in the cut band; on the other hand, the slope of the transition between the pass band and the cut band is fairly low, in particular compared to that of the Cauer filters; but it is not known to produce these latter filters in mechanical structure, that is to say in the form of cavity filters, in comb; however it is possible to make Cauer's filters in other technologies, for example in microstrips (microstrip in the literature Anglo-Saxon), the drawback is that, in such embodiments, parasitic bandwidths appear in the cut band.
  • Figures 3 and 4 show a bandpass filter obtained by adding to the filter according to Figures 1 and 2, four rejection resonators, R1e, R2e, R1s, R2s which, in the example described, are made of beryllium bronze. It is in fact a question, in these figures, of showing in which positions can be placed rejection resonators to improve the response of the filter; in the example described the improvement sought only required the implementation of the resonators R2e and R2s; in other applications it may prove that a single rejector resonator is sufficient or that it is necessary to use three of them, or even all four.
  • These four resonators are arranged in the vicinity of the input and the output of the filter: R1e between the input bar Be and the end of the waveguide near this bar, R2e between the input bar Be and the resonator B1-V1, R2s between the resonator B3-V3 and the output bar Bs and R1s between the output bar Bs and the end of the waveguide near the bar Bs.
  • FIG. 5 In addition to the curve Ch representative of the amplitude / frequency response of the filter according to FIGS. 1 and 2, a curve Ci representative of the amplitude / frequency response of the filter used for the description, that is to say that is to say, as has been said above, of a filter corresponding to that of FIGS. 3, 4 but without the rejection resonators R1e, R1s.
  • the rejection resonators R2e, R2s are respectively tuned to resonance frequencies of approximately 4.5 and 4.6 GHz, which explains the dips in the curve Ci at these frequencies, dips which are due to the energy taken by these resonators at their tuning frequency.
  • the two rejector resonators are set to tuning frequencies higher than the frequencies of the passband of the filter, that is to say that in fact they function correctly only under these conditions. For tuning frequencies lower than the passband of the filter, a large parasitic passband appears in the response curve, which is generally not desirable.
  • the present invention is not limited to the example described.
  • the comb structure may have a number of teeth other than three.
  • the bars such as Be, Bs and the teeth of the comb instead of being perpendicular to the widest of the longitudinal internal walls of the waveguide, can be perpendicular to the narrowest of these walls; in this case the rejector resonators, to remain orthogonal to them, will be mounted perpendicular to the widest of the longitudinal internal walls of the waveguide.

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Abstract

Filtre à cavités, à structure en peigne, présentant une bande passante à flanc raide. Pour obtenir ce flanc raide des résonateurs réjecteurs (R1e, R2e, R2s, R1s) sont disposés au voisinage des barreaux d'accès (Be, Bs) du filtre, orthogonalement aux dents (B1, B2, B3) de la structure en peigne ; les meilleurs résultats sont obtenus pour le flanc correspondant aux fréquences hautes de la bande passante c'est-à-dire avec des résonateurs réjecteurs accordés sur des fréquences supérieures à la fréquence centrale de la bande passante. Application, en particulier, aux radioaltimètres. <IMAGE>

Description

  • La présente invention concerne les filtres passe-bande du type à cavités et à structure en peigne qui sont, en particulier, utilisés comme filtres d'entrée de récepteurs en radiofréquences; elle concerne également les radiorécepteurs, et tout particulièrement les radioaltimètres, équipés de tels filtres.
  • Il existe dans le commerce des radioaltimètres équipés de filtres passe-bande, à cavités, à structure en peigne dite structure "comb-line" dans la littérature anglo-saxonne. Les filtres utilisés n'entraînent qu'une faible perte d'insertion et n'ont pas de bandes passantes parasites autour de la bande passante. Par contre les flancs de la bande passante sont ceux d'un filtre de TCHEBYSCHEFF, c'est-à-dire qu'ils sont peu raides, ce qui est gênant dans certaines utilisations, surtout pour le flanc qui limite les fréquences hautes de la bande passante.
  • Le but de l'invention est d'éviter ou, pour le moins, de réduire cet inconvénient sans, pour cela, ajouter un filtre coupe-bande en série avec le filtre passe-bande considéré.
  • Ceci est obtenu en adjoignant au filtre, à l'intérieur de son boîtier, en un ou des endroits convenablement choisis, respectivement un ou des résonateurs dont la fréquence d'accord est, elle-même, convenablement choisie.
  • Selon l'invention il est proposé un filtre passe-bande, à cavités, à structure en peigne, de fréquence centrale Fo, comportant un boîtier parallélépipédique avec une première et une deuxième extrémité, deux premières parois internes parallèles entre elles et deux secondes parois internes parallèles entre elles et orthogonales aux premières parois et un ensemble série avec successivement la première extrémité, un premier intervalle, un premier accès du filtre, un deuxième intervalle, des dents de peigne en série, un troisième intervalle, un second accès du filtre, un quatrième intervalle et la seconde extrémité, les accès et les dents comportant chacun un barreau monté perpendiculairement aux premières parois, caractérisé en ce que n, avec n entier et 0<n<5, des quatre intervalles comportent chacun un résonateur monté perpendiculairement aux secondes parois.
  • 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:
    • les figures 1 et 2 des vues schématiques d'un filtre selon l'art antérieure,
    • les figures 3 et 4, des vues schématiques d'un filtre selon l'invention,
    • la figure 5, des courbes relatives aux filtres selon les figures 1 à 4.
  • Sur les figures 1 à 4 les éléments correspondants sont désignés par les mêmes symboles.
  • Les figures 1 et 2 sont respectivement une vue en coupe longitudinale et une vue de dessous, capot enlevé, d'un filtre passe-bande, à cavités, à structure en peigne, à trois dents, selon l'art connu. Sur la figure 2 la coupe selon la figure 1 a été repérée par un trait d'axe correspondant à la projection du plan de coupe dans le plan de la figure 2, et par deux flèches XX qui indiquent celui des deux plans coupés qui est dessiné sur la figure 1.
  • Le filtre des figures 1 et 2 comporte un boîtier parallélépipédique, en métal, avec une partie en creux, 1, et un couvercle, 2.
  • Deux barreaux métalliques, Be, Bs, sont solidaires du fond de la partie en creux et sont disposés perpendiculairement à ce fond ; trois vis de réglage, métalliques V1, V2, V3 dont les têtes sont extérieures au boîtier, traversent de part en part et à la perpendiculaire le fond de la partie en creux pour pouvoir s'enfoncer plus ou moins profondément à l'intérieur du boîtier. Le barreau Be, les vis V1, V2, V3 et le barreau Bs sont alignés dans cet ordre.
  • Deux prises d'accès métalliques Pe, Ps ainsi que trois barreaux métalliques B1, B2, B3 sont solidaires du couvercle 2. Les prises sont disposées dans le prolongement de trous percés dans le couvercle et les trois barreaux B1, B2, B3, qui constituent les trois dents du peigne, sont montés perpendiculairement au couvercle. Des câbles coaxiaux Le, Ls dont seules les extrémités ont été représentées, pénètrent respectivement dans les prises d'accès Pe, Ps, avec leur conducteur interne qui est isolé du couvercle par un isolant et qui ressort du couvercle du côtés opposé à la prise; le conducteur externe de ces câbles est en contact avec la paroi interne de la prise. Sur la figure 2 les conducteurs internes des câbles Le, Ls, ainsi que les barreaux B1, B2, B3 ont été dessinés en traits discontinus, dans la position qu'ils occupent, à l'intérieur du boîtier, quand le couvercle 1 est placé sur la partie en creux 2, comme représenté sur la figure 1. Les câbles Le, Ls constituent les conducteurs d'entrée et de sortie du filtre selon les figures 1 et 2.
  • Les barreaux B1, B2, B3 constituent des résonateurs et les vis V1, V2, V3, disposées respectivement en regard des barreaux B1, B2, B3, constituent les éléments de réglage des fréquences de résonance de ces résonateurs. Un filtre comme celui des figures 1 et 2, est considéré comme étant un filtre à trois cavités où les cavités sont les espaces au voisinage de chacun des barreaux B1, B2, B3.
  • Dans l'exemple de réalisation qui est décrit ici, le boîtier 1 et le couvercle 2 ainsi que les barreaux Be, B1, B2, B3 sont en alliage léger, chromaté sur toutes les parois internes au guide d'ondes que constituent le boîtier et le couvercle; quant aux vis de réglage V1, V2, V3, elles sont en bronze au béryllium.
  • Le boîtier du filtre selon les figures 1 et 2 a les dimensions suivantes :
    • dimensions extérieures : longueur 60 mm, largeur des côtés parallèles au plan de la figure 1 17 mm, largeur des côtés parallèles au plan de la figure 2 18 mm
    • dimensions intérieures : longueur 55 mm, largeur des parois parallèles au plan de la figure 1 10 mm, largeur des parois parallèles au plan de la figure 2 12 mm.
  • Il s'agit d'un filtre passe-bande dont la réponse en amplitude, A, par rapport à la fréquence, F, représentée par la courbe Ch selon la figure 5, est sensiblement centrée sur 4,3 GHz. La courbe Ch est une courbe classique d'un filtre de Tchebychev, généralement othographié Chebyshev ou Chebishev dans la littérature anglo-saxonne. Ce genre de filtre a une faible perte d'insertion et n'a pas de bandes passantes parasites dans la bande coupée ; par contre la pente de la transition entre la bande passante et la bande coupée est assez faible, en particulier comparée à celle des filtres de Cauer ; mais il n'est pas connu de réaliser ces derniers filtres en structure mécanique c'est-à-dire sous la forme de filtres à cavités, en peigne ; toutefois il est possible de réaliser les filtres de Cauer en d'autres technologies, par exemple en microrubans (microstrip dans la littérature anglo-saxonne), l'inconvénient est que, dans de telles réalisations, des bandes passantes parasites apparaissent dans la bande coupée.
  • Les figures 3 et 4 représentent un filtre passe-bande obtenu en adjoignant au filtre selon les figures 1 et 2, quatre résonateurs réjecteurs, R1e, R2e, R1s, R2s qui, dans l'exemple décrit, sont réalisés en bronze au béryllium. Il s'agit en fait, sur ces figures, de montrer dans quelles positions peuvent être placés des résonateurs réjecteurs pour améliorer la réponse du filtre; dans l'exemple décrit l'amélioration recherchée n'a nécessité que la mise en oeuvre des résonateurs R2e et R2s ; dans d'autres applications il pourra s'avérer qu'un seul résonateur réjecteur suffise ou bien qu'il faille utiliser trois d'entre eux, voire tous les quatre.
  • Ces quatre résonateurs sont disposés au voisinage de l'entrée et de la sortie du filtre : R1e entre le barreau d'entrée Be et l'extrémité du guide d'ondes voisine de ce barreau, R2e entre le barreau d'entrée Be et le résonateur B1-V1, R2s entre le résonateur B3-V3 et le barreau de sortie Bs et R1s entre le barreau de sortie Bs et l'extrémité du guide d'ondes voisine du barreau Bs.
  • Les quatre résonateurs réjecteurs sont montés perpendiculairement à celles des parois internes du boîtier dont le plan est parallèle à celui de la figure 1, c'est-à-dire qu'ils sont montés perpendiculairement aux résonateurs du filtre.
  • L'intérêt de ce choix des positions des résonateurs réjecteurs, au voisinage des accès du filtre, perpendiculairement aux résonateurs proprement dits du filtre, est qu'ainsi les résonateurs réjecteurs jouent bien leur rôle de réjecteurs, c'est-à-dire prélèvent de l'énergie à leur fréquence d'accord, tout en ne perturbant pas beaucoup la bande passante du filtre, comme il ressort de la figure 5.
  • Sur la figure 5 ont été dessinées, outre la courbe Ch représentative de la réponse amplitude/fréquence du filtre selon les figures 1 et 2, une courbe Ci représentative de la réponse amplitude/fréquence du filtre ayant servi à la description, c'est-à-dire, comme il a été dit plus avant, d'un filtre correspondant à celui des figures 3, 4 mais sans les résonateurs réjecteurs R1e, R1s.
  • La comparaison des courbes Ci et Ch montre que l'introduction de résonateurs réjecteurs R2e, R2s dans le filtre selon les figures 1 et 2, permet d'améliorer d'environ 30 décibels le filtrage dans la partie haute de la bande passante du filtre ; la bande passante selon la courbe Ci est centrée sur Fo = 4,3GHz et, par rapport à celle selon la courbe Ch, elle est légèrement réduite en haut de bande et très légèrement plus étendue en bas de bande.
  • Dans l'exemple décrit les résonateurs réjecteurs R2e, R2s sont respectivement accordés sur des fréquences de résonance d'environ 4,5 et 4,6 GHz ce qui explique les creux de la courbe Ci à ces fréquences, creux qui sont dus à l'énergie prélevée par ces résonateurs à leur fréquence d'accord. Il est à noter que les deux résonateurs réjecteurs sont réglés sur des fréquences d'accord supérieures aux fréquences de la bande passante du filtre, c'est qu'en fait ils ne fonctionnent correctement que dans ces conditions. Pour des fréquences d'accord inférieures à la bande passante du filtre il apparaît une bande passante parasite importante dans la courbe de réponse ce qui n'est, en général, pas souhaitable.
  • La présente invention n'est pas limitée à l'exemple décrit. Ainsi la structure en peigne peut comporter un nombre de dents différent de trois. Les barreaux tels que Be, Bs et les dents du peigne, au lieu d'être perpendiculaires aux plus larges des parois internes longitudinales du guide d'ondes, peuvent être perpendiculaires aux plus étroites de ces parois; dans ce cas les résonateurs réjecteurs, pour leur rester orthogonaux, seront montés perpendiculairement aux plus larges des parois internes longitudinales du guide d'ondes.
  • Application, en particulier, dans les radioaltimètres.

Claims (4)

  1. Filtre passe-bande, à cavités, à structure en peigne, de fréquence centrale Fo, comportant un boîtier parallélépipédique (1, 2) avec une première et une deuxième extrémité, deux premières parois internes parallèles entre elles et deux secondes parois internes parallèles entre elles et orthogonales aux premières parois et un ensemble série avec successivement la première extrémité, un premier intervalle, un premier accès du filtre (Be, Le, Pe), un deuxième intervalle, des dents de peigne en série (B1, B2, B3), un troisième intervalle, un second accès du filtre (Bs, Ls, Ps), un quatrième intervalle et la seconde extrémité, les accès et les dents comportant chacun un barreau (Be, B1, B2, B3, Bs) monté perpendiculairement aux premières parois, caractérisé en ce que n, avec n entier et 0<n<5, des quatre intervalles comportent chacun un résonateur (R1e, R2e, R2s, R1s) monté perpendiculairement aux secondes parois.
  2. Filtre passe-bande selon la revendication 1, caractérisé en ce que un au moins des n résonateurs (R1e, R2e, R2s, R1s) a une fréquence d'accord supérieure à Fo.
  3. Filtre passe-bande selon la revendication 1, caractérisé en ce que n est égal à 2 et en ce que les deux résonateurs (R2e, R2s) ont chacun une fréquence d'accord supérieure à Fo et sont situés respectivement dans le deuxième intervalle et dans le troisième intervalle.
  4. Altimètre caractérisé en ce qu'il comporte au moins un filtre selon l'une des revendications précédentes.
EP96400743A 1995-04-13 1996-04-05 Filtre passe-bande à cavités, à structure en peigne et radioaltimètre équipé d'un filtre d'entrée de ce type Withdrawn EP0738022A1 (fr)

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