FR2742262A1 - Filtre pseudo-elliptique dans le domaine millimetrique realise en technologie guide d'ondes - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un filtre pseudo-elliptique comprenant des cavités résonantes (30 à 35) couplés entre eux positivement (36 à 40), l'entrée et la sortie de signal de chaque cavité (30 à 35) étant à 90 deg. l'une de l'autre. Le filtre comprend au moins un rétro-couplage de signal entre deux de ces cavités (30, 33; 32, 35), réalisé sous forme d'un guide d'ondes (47; 48). L'invention s'applique aux filtres pseudo-elliptiques dans la bande millimétrique.
Description
Filtre pseudo-elliptique dans le domaine millimétrique réalisé en
technologie guide d'ondes Le domaine de l'invention est celui des filtres hyperfréquences et concerne plus précisément un filtre pseudo- elliptique dans le domaine
millimétrique réalisé en technologie guide d'ondes.
Les filtres pseudo-elliptiques présentent de nombreux avantages par rapport aux filtres passe-bande classiques: ils sont plus simples à régler, présentent des pertes réduites et leur nombre de pôles est plus faible. Un filtre pseudo-elliptique en technologie guide d'ondes comporte un certain nombre de cavités résonantes couplées entre elles, par exemple par des iris,
et il existe un certain nombre de rétro-couplages entre certaines cavités.
L'article intitulé "New types of waveguide bandpass filters for satellite transponders" de A.E. Atia et A.E. Williams, Comsat Technical Review, vol.1,
n 1, 1971, décrit de tels filtres pseudo-elliptiques.
On distinguera dans la suite de cette description les couplages
consécutifs (positifs) qui assurent une simple transmission du signal hyperfréquence entre deux cavités voisines (les lignes de champ sont parallèles au niveau du couplage positif et de mêmes sens dans les deux cavités) et les rétro-couplages (non consécutifs) o les lignes de champ,
également parallèles, sont de sens opposés.
Il est connu que les rétro-couplages peuvent être réalisés sous la forme de lignes micro-ruban. On peut par exemple se référer à l'article
intitulé "Miniature dual mode microstrip filters" de J.A. Curtis et S.J.
Fiedziusko, pages 443-446 de MTT-S Digest, IEEE, 1991. Cette solution n'est cependant pas optimale lorsque le filtre est réalisé en technologie guide d'ondes (c'est à dire à l'aide de cavités résonantes) car les
technologies ne sont pas les mêmes. Il faut donc ajouter des lignes micro-
ruban, prévoir des adaptations d'impédance, etc. Il s'en suit une
augmentation en terme de coût et d'encombrement.
Le brevet américain n 4.772.863 de Rosenberg et al. décrit un filtre pseudo-elliptique réalisé en technologie guide d'ondes et comportant également des rétro-couplages. Un de ces filtres, comportant six cavités, est représenté à la figure 1. Les cavités sont référencées 10 à 15, les couplages positifs 16 à 20 et les rétro-couplages 21 à 24. L'entrée de signal est notée E et la sortie de signal est notée S. Un agencement particulier des cavités à 15 permet de réaliser les rétro-couplages 21 à 24 par de simples iris
entre les cavités 10 et 13, 11 et 13, 13 et 15 et enfin 10 et 15.
L'inconvénient de cette solution est que les entrées et sorties de signal dans chaque cavité ne sont pas situées à 90 I'une de l'autre (l'angle entre une entrée de signal et une sortie de signal est ici de 120 ) et il en
résulte que certains modes de propagation parasites ne sont pas supprimés.
A titre d'exemple, lorsqu'un tel filtre véhicule un mode principal H011, le mode parasite E111 - qui est le plus gênant car il est à la même fréquence
que le mode H01 1 - n'est pas supprimé dans le signal de sortie S du filtre.
De plus, les positions relatives des différentes cavités sont dictées par les caractéristiques du filtre que l'on désire obtenir. Il est donc nécessaire de revoir la disposition des cavités pour tout nouveau type de filtre.
Enfin, il n'est pas possible de réaliser n'importe quel type de rétro-
couplage (à titre d'exemple, il n'est pas possible de rétro-coupler les cavités
12 et 15).
La présente invention a notamment pour objectif de remédier à ces inconvénients. Plus précisément, un des objectifs de l'invention est de fournir un filtre pseudo-elliptique dans le domaine millimétrique réalisé en technologie guide d'ondes o les entrées et sortie de signal de chaque cavité sont à 90 I'une de l'autre et o les rétro-couplages entre cavités sont réalisés sans faire appel à une autre technologie, de manière à diminuer le coût et
l'encombrement et faciliter sa réalisation.
Un autre objectif de l'invention est de fournir un tel filtre o les rétro-
couplages ne sont pas dictés par une disposition particulière des cavités.
Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints grâce à un filtre pseudo-elliptique comprenant des cavités résonantes couplées entre elles positivement, I'entrée et la sortie de signal de chaque cavité étant à 90 I'une de l'autre, ce filtre comprenant au moins un rétro-couplage de signal entre deux des cavités, ce rétro-couplage étant
réalisé sous la forme d'un guide d'ondes.
La longueur et la section de ce guide d'ondes sont optimisées de sorte qu'un véritable rétro-couplage existe entre les cavités qu'il relie, c'est à dire qu'aux interfaces entre les cavités et le guide d'ondes les lignes de
champ soient parallèles et de sens opposés.
Le guide d'ondes peut présenter des accès par iris et, dans ce cas, le
rétro-couplage s'effectue sur un champ magnétique.
Le guide d'ondes peut également présenter des accès par pinules et,
dans ce cas, le rétro-couplage s'effectue sur un champ électrique.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la
lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel,
donné à titre illustratif et non limitatif, et des dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente un filtre pseudo-elliptique connu - la figure 2 est une vue en perspective d'une demi-coquille d'un filtre
pseudo-elliptique selon la présente invention.
La figure 1 a été décrite précédemment en référence à l'état de la technique. La figure 2 est une vue en perspective d'une demi- coquille d'un filtre pseudo-elliptique selon la présente invention, I'autre demi-coquille étant
symétrique de celle représentée.
Selon l'invention, les différents rétro-couplages entre cavités d'un filtre pseudo-elliptique sont réalisés à l'aide de guide d'ondes de dimensions adéquates, de sorte que, si l'on considère un rétro- couplage entre deux cavités, le champ électrique ou magnétique véhiculé d'une des cavités vers l'autre des cavités, par l'intermédiaire de ce guide d'ondes, présente idéalement une opposition de phase par rapport au même champ présent
dans cette autre cavité.
A titre d'exemple, en référence à la figure 2, pour un filtre comportant six cavités 30 à 35 couplées positivement par des iris 36 à 40, I'entrée de signal étant notée E et la sortie de signal étant notée S, on réalise deux rétro-couplages entre les cavités 30 et 33 d'une part et 32 et 35 d'autre part par l'intermédiaire de guide d'ondes 47 et 48 respectivement. Dans le sens de circulation du signal, le guide d'ondes 47 relie les cavités 30 et 33 et le guide d'ondes 48 relie les cavités 32 et 35. Dans le mode de réalisation représenté, chaque guide d'ondes présente des accès par iris, c'est à dire qu'il communique avec les cavités 30 et 33 (32 et 35) par des iris 41 et 42 (43 et 44 respectivement), les rétro-couplages s'effectuant sur des champs magnétiques. Ces champs magnétiques sont représentés dans quelques unes des cavités, le mode de résonance étant ici le mode H011. Les guides d'ondes ne sont pas résonants et ne font que véhiculer les composantes des
signaux présentées à leurs acces.
En se référant plus précisément au guide d'ondes référencé 47 en regard duquel est représentée la caractéristique de la phase * du champ magnétique en fonction de la longueur du guide 47 (la phase * évolue linéairement dans le guide d'ondes 47), il apparaît qu'à certaines distances de l'iris 41, la phase ( du champ magnétique issu de la cavité 30 et véhiculé dans le guide 47 est multiple de k.n, avec k impair. Cela signifie que l'on peut définir des zones, référencées 45 et 46, pour lesquelles le champ magnétique véhiculé dans le guide d'ondes 47 et provenant de la cavité 30 est sensiblement en opposition de phase par rapport au champ magnétique de la cavité à proximité de l'iris 42. Les lignes de champ magnétique sont alors de sens opposés. La même remarque s'applique au guide d'ondes 48 reliant les cavités 32 et 35. Ici, les longueurs et sections des guides d'ondes 47 et 48 sont telles que le champ magnétique issu d'une cavité tourne de
540 dans le guide d'ondes entre les iris 41 et 42 (43 et 44 respectivement).
On réalise ainsi des rétro-couplages en technologie guide d'ondes, un rétro-couplage optimal étant réalisé lorsque le champ magnétique issu d'un guide d'ondes est en opposition de phase par rapport à celui proche de
la paroi d'une cavité dans laquelle débouche ce guide d'ondes.
La section (a) du guide d'ondes, c'est à dire la profondeur de I'usinage réalisé dans la demi-coquille représentée, joue sur la pente de la caractéristique de la figure 2. Cette pente est limitée par la fréquence de coupure du guide d'ondes kc = 2a et par le mode double kc = a. En fonction de la distance séparant deux cavités et plus précisément en fonction de la distance entre deux accès de cavités à rétro-coupler, on détermine la section du guide d'ondes afin de disposer d'une opposition de phase entre
les signaux de ces cavités au niveau de ces accès de rétro-couplage.
L'invention décrite jusqu'ici est appliquée à un rétro-couplage sur des
champs magnétiques mais il est également possible de réaliser les rétro-
couplages sur des champs électriques. Dans ce cas, une pinule (antenne) est prévue à l'extrémité de chaque guide d'ondes pour se coupler sur le
champ électrique (cas du mode H10 par exemple).
Comme indiqué précédemment, dans le cas d'un filtre à six cavités résonantes, dans le sens de circulation du signal, deux guides d'ondes relient avantageusement les cavités 30 et 33 et 32 et 35 respectivement. Un résultat similaire peut être obtenu en rétro-couplant les cavités 31 et 34 par un guide d'ondes de longueur plus importante. Dans le cas d'un filtre à huit cavités, on réalisera des rétro-couplages entre les cavités 30 et 33, 32 et 35, 34 et 37. On peut se référer à l'article intitulé "Synthesis of Microwave
Bandpass Filters with Zolotarev Characteristics" de A.S. Belov et Yu.S.
Ukraintsev, paru dans la revue JTT Telecommunications & Radio Eng. Part 1, SO Vol.36, n 3, mars 1982, pp.44-49, qui décrit d'autres possibilités de rétro-couplages. D'autres configurations de rétro-couplages sont bien entendu
possibles, comme par exemple celles présentées dans le document US-
4.772.863 précité.
On notera que les entrées et sorties de signal de chaque cavité sont à 90 I'une de l'autre et, dans ce cas, le mode parasite le plus gênant (E111) est supprimé. Une réalisation d'un filtre pour le mode de résonance H011
présente l'avantage de présenter un coefficient de surtension important.
L'invention s'applique particulièrement aux filtres pseudo-elliptiques fonctionnant dans la bande millimétrique (fréquences comprises entre 20
GHz et 100 GHz), mais peut être utilisée au-delà.
Claims (4)
1. Filtre pseudo-elliptique comprenant des cavités résonantes (30 à 35) couplées entre elles positivement (36 à 40), I'entrée et la sortie de signal de chaque cavité (30 à 35) étant à 90 l'une de l'autre, ledit filtre comprenant au moins un rétro-couplage de signal entre deux desdites cavités (30, 33; 32, ), caractérisé en ce que ledit rétro- couplage est constitué par un guide
d'ondes (47; 48).
2. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit guide d'ondes (47; 48) présente des accès par iris (41, 42; 43, 44) et en ce que
ledit rétro-couplage s'effectue sur un champ magnétique.
3. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit guide
d'ondes (47; 48) présente des accès par pinules et en ce que ledit rétro-
couplage s'effectue sur un champ électrique.
4. Filtre selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il
comporte six cavités (30 à 35) et en ce que deux guides d'ondes (47; 48) relient les cavités 30 et 33 et 32 et 35 respectivement pour réaliser lesdits rétro-couplages.
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