EP0071509B1 - Filtre passe-bande à résonateurs linéaires ouverts à leurs deux extrémités - Google Patents

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EP0071509B1
EP0071509B1 EP82401308A EP82401308A EP0071509B1 EP 0071509 B1 EP0071509 B1 EP 0071509B1 EP 82401308 A EP82401308 A EP 82401308A EP 82401308 A EP82401308 A EP 82401308A EP 0071509 B1 EP0071509 B1 EP 0071509B1
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EP
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resonators
filter
resonator
band
frequency
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EP82401308A
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Marie-Christine Henriot
Patrick Janer
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Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
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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
    • H01P1/201—Filters for transverse electromagnetic waves
    • H01P1/203—Strip line filters
    • H01P1/20327—Electromagnetic interstage coupling
    • H01P1/20354—Non-comb or non-interdigital filters
    • H01P1/20372—Hairpin resonators

Definitions

  • the present invention relates to bandpass filters produced by means of linear resonators open at their two ends, such as hair pin resonators (hair pin resonators in English literature) thus called U resonators, and such that straight resonators, formed by a straight section of line. It is recalled on this subject that these resonators, also called ⁇ / 2 resonators, being open at their two ends, resonate on a frequency corresponding, in the filter, to a wavelength ⁇ equal to twice the electrical length of the resonator; the bandwidth of the filter is centered on this resonant frequency.
  • the object of the present invention is to avoid having to use two filters.
  • Document DE-C-2 543 605 shows that it is known to place, either at the input or at the output of a microwave circuit, a quarter-wave line to ground operating as a rejector of a particular frequency .
  • a bandpass filter is provided with n linear resonators open at the two ends, called resonators in ⁇ / 2 (n: positive integer; ⁇ : mean wavelength of the passband in the filter), characterized in that, to each of p (p integer at least equal to 2 and at most equal to n) resonators in ⁇ / 2 is connected, in the vicinity of its middle, that is to say where the field electric has its minimum value, an additional resonator, all of these additional p resonators making a notch filter.
  • FIG. 1 is a schematic view of a bandpass filter produced using U-shaped resonators.
  • This filter comprises two access lines A 1 A 2 , mutually parallel and, between these two lines, four resonators in U, H 1 to H 4 , whose vertical bars of the U are parallel to the lines A, A 2 .
  • the length of the U-shaped resonators, H 1 to H 4 is ⁇ / 2 ( ⁇ being the wavelength corresponding to the average frequency of the pass band of the band pass filter).
  • the resonators H 1 and H 4 are associated respectively with two U-shaped resonators, P 1 and P 4 , the length of which is equal to ⁇ / 2 ( ⁇ 'being a wavelength corresponding to a frequency to be rejected in the filter).
  • the ports such as A 1 and A 2 and the resonators such as H 1 to H 4 and P 1 , P 4 are formed by metal deposits arranged on one side of a dielectric substrate, the other side of which is covered with a metal sheet forming a ground plane.
  • the dielectric substrate and the metal sheet do not appear in FIG. 1 for the sake of simplification.
  • the diagram in FIG. 1, without the resonators P 1 and P 4 corresponds to a bandpass filter of conventional type.
  • the coupling coefficient existing between two resonators is defined by the distance which separates them, by their line width and by the distance which separates the two branches of the same resonator.
  • the resonators being open at their two ends their resonant frequency is the frequency corresponding to the wavelength ⁇ in the filter, where ⁇ is as indicated above equal to twice the length of the resonators H 1 to H 4 .
  • a notch function was obtained in the filter according to FIG. 1 by the two U-shaped resonators, P 1 and P 4 , placed respectively on the back of the resonators H 1 and H 4 , that is to say placed so to have the horizontal bar of the U common with that of the resonators H 1 and H 4 .
  • the resonators P 1 and P 4 bring practically no modification of the characteristics of the bandpass filter obtained thanks to the H resonators 1 to H 4 ; and these resonators P 1 and P 4 behave like a notch filter put in series with the band pass filter.
  • FIG. 2 is a diagram differing from that according to FIG. 1 only by the fact that the resonators P 1 and P 4 are replaced by resonators of shorter length. , P ' 1' P ' 4 , but at the ends of which are connected respectively two variable capacitors C 1 , C 4 adjusted so as to give the sets P' 1 Ci and P ' 4 C 4 an electrical length equal to half the length d 'wave ⁇ ' which was discussed on the occasion of Figure 1 ( ⁇ 'wavelength in the filter corresponding to the frequency to be rejected by the filter).
  • FIG. 3 is the diagram of a filter according to the invention which differs from the filter of FIG. 1 by the replacement of the resonators P 1 and P 4 of the U type by two simple resonators Q 1 and Q 4 , that is to say by resonators each having only one of their ends isolated; at their other end, these two simple resonators are respectively connected substantially in the middle of the horizontal bar of the resonators H 1 and H 4 .
  • These simple resonators Q 1 and Q 4 consist of line pieces of length ⁇ '/ 4 where ⁇ ' is the wavelength in the filter corresponding to the frequency to be rejected.
  • FIGS. 5 and 6 A concrete example of embodiment of such a filter is given with the aid of FIGS. 5 and 6.
  • the invention does not only apply to filters of the bandpass type with U-shaped resonators, it also applies as shown in FIG. 4 to bandpass filters with parallel lines.
  • Figure 4 shows such a filter; this filter comprises an input line A 1 and an output line A 2 parallel to each other and between these lines four straight resonators, L 1 to L 4 , of length equal to X / 2 ( ⁇ wavelength corresponding to the average frequency of the filter bandwidth), open at both ends.
  • Four simple resonators Q 1 to 0 4 of length equal to ⁇ '/ 4 ( ⁇ ' wavelength in the filter corresponding to a frequency to be rejected by this filter) are respectively connected, at one of their ends, in the middle straight resonators L 1 to L 4 .
  • the added resonators (Q 1 to Q 4 ) bring a notch function at the frequency corresponding to the wavelength X ′. Also, as in the case of the previous figures, these added resonators are connected in the middle of the resonators giving the bandpass function, that is to say where the electric field has its minimum value, so as not to disturb the bandpass function of the filter.
  • FIG 5 is a detailed view of a filter according to the invention corresponding to the type shown in the diagram of Figure 3; a graduated scale of 0 to 1 cm is placed next to the filter to show the enlargement ratio of the drawing.
  • FIG. 5 also appear two short circuits, K 1 and K 2 , connected respectively between the access line A 1 and the resonator H 1 and between the access line A 2 and the resonator H 6 ; these short circuits have been studied to adapt the impedance of the filter according to the circuit in which this filter is intended to be mounted.
  • the filter comprises on the hidden face of the dielectric substrate 2 a metal sheet electrically connected to the housing 1 and serving as a ground plane; the external conductor of the plugs 11 and 12 is also electrically connected to the housing 1.
  • FIG. 6 is a graph showing the attenuation A brought, as a function of the frequency, by the filter according to FIG. 5 (curve G 1 in solid lines) and showing the attenuation brought by the bandpass filter according to the art known corresponding to the filter of Figure 5, that is to say without the resonators Q 1 and Q 6 (curve G o in broken lines).
  • the curve G o shows that the conventional filter (without the resonators Q 1 and Q 6 ) has a bandwidth, centered on an average frequency of 825 MHz, which is the useful bandwidth of the filter, that is to say the bandwidth for which it was designed; this conventional filter also has a bandwidth whose lower frequency is at 1200 MHz and which constitutes a parasitic bandwidth which can be troublesome in certain applications.
  • the curve G 1 in FIG. 6 shows that the addition of the resonators Q 1 and Q 6 to the other elements of the filter of FIG. 5 makes it possible to eliminate this parasitic pass band by performing a band-cut function.
  • bandpass circuits can be envisaged without departing from the scope of the invention.
  • resonators identical to the resonators P 1 and P 4 can be associated with the resonators H 2 and H 3 .
  • fixed capacitors can be mounted obtained at the same time and in the same way as the resonators, that is to say by metallic deposition on a wafer or from a metallized wafer from which part of the metal layer has been removed by chemical or mechanical attack; these fixed capacitors then consist of a row of parallel tongues arranged between the branches of the U of the resonators P ' 1 and P' 4 , perpendicular to these branches, two successive tongues being respectively integral with the two branches of the U.
  • the center frequency of the The notch function which is integrated into a bandpass filter can be just as much a frequency higher than the passband of the bandpass filter, as a lower frequency, or even even a frequency included in this passband: it suffices to determine the electrical length of the resonators which produce this notch function, as a function of the wavelength of the central frequency of the notch function to be obtained.
  • the number of resonators intended to add a predetermined notch function in a bandpass filter with linear resonators can be chosen between 2 and n, n being the number of resonators defining the bandpass function of the filter considered; the choice of the number and the position of the resonators intended to add the notch function is a means of acting on the shape of the response curve of the filter.

Description

  • La présente invention se rapporte aux filtres passe-bande réalisés au moyen de résonateurs linéaires ouverts à leurs deux extrémités, tels que les résonateurs en épingle à cheveux (hair pin resonator dans la littérature anglo-saxonne) ainsi appelés résonateurs en U, et tels que les résonateurs droits, formés par un tronçon droit de ligne. Il est rappelé à ce sujet que ces résonateurs, aussi appelés résonateurs en λ/2, étant ouverts à leurs deux extrémités, résonnent sur une fréquence correspondant, dans le filtre, à une longueur d'onde λ égale au double de la longueur électrique du résonateur ; la bande passante du filtre est centrée sur cette fréquence de résonance.
  • D'une façon générale pour les problèmes de filtrage et en particulier pour les filtres à résonateurs linéaires ouverts à leurs deux extrémités quand, à une fonction passe-bande, doit être ajointe une fonction coupe-bande, par exemple pour éliminer une fréquence indésirable, un filtre coupe-bande est placé en série avec le filtre passe-bande. Ceci a l'inconvénient de nécessiter deux filtres et donc de prendre de la place et de coûter cher.
  • La présente invention a pour but d'éviter d'avoir à utiliser deux filtres.
  • Ceci est obtenu en intégrant une fonction de coupe-bande dans un filtre passe-bande existant.
  • Le document DE-C-2 543 605 montre qu'il est connu de placer, soit à l'entrée soit à la sortie d'un circuit hyperfréquences, une ligne quart d'onde à la masse fonctionnant en réjeteur d'une fréquence particulière.
  • Selon l'invention, il est prévu un filtre passe-bande à n résonateurs linéaires ouverts aux deux extrémités, dits résonateurs en λ/2 (n : entier positif ; λ : longueur d'onde moyenne de la bande passante dans le filtre), caractérisé en ce que, à chacun de p (p entier au moins égal à 2 et au plus égal à n) des résonateurs en λ/2 est connecté, au voisinage de son milieu, c'est-à-dire là où le champ électrique a sa valeur minimale, un résonateur annexe, l'ensemble de ces p résonateurs annexes réalisant un filtre coupe-bande.
  • L'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 à 4 des schémas de filtres selon l'invention,
    • la figure 5 une vue détaillée d'un filtre selon l'invention,
    • la figure 6 un graphique relatif, en partie, au filtre selon la figure 5.
  • Sur les différentes figures les éléments correspondants portent les mêmes repères.
  • La figure 1 est une vue schématique d'un filtre passe-bande réalisé à l'aide de résonateurs en U. Ce filtre comporte deux lignes d'accès A1 A2, parallèles entre elles et, entre ces deux lignes, quatre résonateurs en U, H1 à H4, dont les barres verticales des U sont parallèles aux lignes A, A2. La longueur des résonateurs en U, H1 à H4, est de λ/2 (λ étant la longueur d'onde correspondant à la fréquence moyenne de la bande passante du filtre passe-bande). Aux résonateurs H1 et H4 sont associés respectivement deux résonateurs en U, P1 et P4, dont la longueur est égale à λ/2 (λ' étant une longueur d'onde correspondant à une fréquence à rejeter dans le filtre).
  • Dans le filtre selon la figure 1, comme d'ailleurs dans les filtres qui vont être décrits par la suite, les accès tels que A1 et A2 et les résonateurs tels que H1 à H4 et P1, P4 sont constitués par des dépôts métalliques disposés sur l'une des faces d'un substrat diélectrique dont l'autre face est recouverte d'une feuille métallique formant plan de masse. Le substrat diélectrique et la feuille métallique n'apparaissent pas sur la figure 1 par souci de simplification.
  • Le schéma de la figure 1, sans les résonateurs P1 et P4, correspond à un filtre passe-bande de type classique. Dans un tel filtre, le coefficient de couplage existant entre deux résonateurs est défini par la distance qui les sépare, par leur largeur de ligne et par la distance qui sépare les deux branches d'un même résonateur. Les résonateurs étant ouverts à leurs deux extrémités leur fréquence de résonance est la fréquence correspondant à la longueur d'onde λ dans le filtre, où À est comme indiquée ci-avant égale au double de la longueur des résonateurs H1 à H4.
  • Une fonction coupe-bande a été obtenue dans le filtre selon la figure 1 par les deux résonateurs en U, P1 et P4, placés respectivement au dos des résonateurs H1 et H4, c'est-à-dire placés de manière à avoir la barre horizontale du U commune avec celle des résonateurs H1 et H4. Ainsi disposés à l'endroit où le champ électrique est à sa valeur minimale dans les résonateurs H1 et H4, les résonateurs P1 et P4 n'apportent pratiquement pas de modification des caractéristiques du filtre passe-bande obtenu grâce aux résonateurs H1 à H4 ; et ces résonateurs P1 et P4 se comportent comme un filtre coupe-bande mis en série avec le filtre passe-bande.
  • Une autre possibilité de réalisation du filtre selon l'invention est donnée par la figure 2 qui est un schéma ne se différenciant de celui selon la figure 1 que par le fait que les résonateurs P1 et P4 sont remplacés par des résonateurs de longueur inférieure, P'1' P'4, mais aux extrémités desquels sont respectivement branchés deux condensateurs variables C1, C4 réglés de manière à donner aux ensembles P'1 Ci et P'4 C4 une longueur électrique égale à la demi longueur d'onde λ' dont il a été question à l'occasion de la figure 1 (λ' longueur d'onde dans le filtre correspondant à la fréquence à rejeter par le filtre).
  • La figure 3 est le schéma d'un filtre selon l'invention qui se distingue du filtre de la figure 1 par le remplacement des résonateurs P1 et P4 de type en U par deux résonateurs simples Q1 et Q4, c'est-à-dire par des résonateurs ayant chacun une seule de leurs extrémités isolée ; à leur autre extrémité ces deux résonateurs simples sont respectivement connectés sensiblement au milieu de la barre horizontale des résonateurs H1 et H4. Ces résonateurs simples Q1 et Q4 sont constitués par des morceaux de ligne de longueur λ'/4 où λ' est la longueur d'onde dans le filtre correspondant à la fréquence à rejeter. Un exemple concret de réalisation d'un tel filtre est donné à l'aide des figures 5 et 6.
  • L'invention ne s'applique pas uniquement aux filtres de type passe-bande à résonateurs en U, elle s'applique également comme le montre la figure 4 à des filtres passe-bande à lignes parallèles. La figure 4 montre un tel filtre ; ce filtre comporte une ligne d'entrée A1 et une ligne de sortie A2 parallèles entre elles et entre ces lignes quatre résonateurs droits, L1 à L4, de longueur égale à X/2 (λ longueur d'onde correspondant à la fréquence moyenne de la bande passante du filtre), ouverts à leurs deux extrémités. Quatre résonateurs simples Q1 à 04 de longueur égale à λ'/4 (λ' longueur d'onde dans le filtre correspondant à une fréquence à rejeter par ce filtre) sont respectivement reliés, à l'une de leurs extrémités, au milieu des résonateurs droits L1 à L4. Là encore, comme dans le cas des figures précédentes, les résonateurs ajoutés (Q1 à Q4) amènent une fonction coupe-bande à la fréquence correspondant à la longueur d'onde X'. Egalement, comme dans le cas des figures précédentes, ces résonateurs ajoutés sont branchés au milieu des résonateurs donnant la fonction passe-bande, c'est-à-dire là où le champ électrique a sa valeur minimale, de manière à ne pas perturber la fonction passe-bande du filtre.
  • La figure 5 est une vue détaillée d'un filtre selon l'invention correspondant au type représenté par le schéma de la figure 3 ; une échelle graduée de 0 à 1 cm est placée à côté du filtre pour montrer le rapport d'agrandissement du dessin.
  • Sur la figure 5 est représenté un boîtier 1 dont le couvercle a été enlevé pour montrer l'intérieur. A ce boîtier 1 sont associées deux prises de raccordement 11, 12 de type coaxial. A l'intérieur du boîtier se trouve une plaque diélectrique 2 sur laquelle sont disposées les lignes constituant respectivement :
    • deux lignes d'accès du filtre, A1' A2, parallèles entre elles et respectivement reliées au conducteur intérieur des prises 11 et 12,
    • six résonateurs en U, H1 à H6, disposés entre les lignes d'accès A1 et A2 et dont les barres verticales sont parallèles à ces mêmes lignes,
    • et deux résonateurs simples, Q1 et Q6, respectivement reliés à l'une de leurs extrémités au milieu des résonateurs en U, H1 et H6 ; il est à noter que, dans cette réalisation, à l'inverse de ce qui a été dessiné sur la figure 3, les résonateurs Q1 et Q6 ne sont pas droits comme les résonateurs Q1 et 04 mais sont courbés de manière à ne pas nécessiter un substrat de dimensions plus importantes que le substrat nécessaire à la réalisation des lignes d'accès A1 et A2 et des résonateurs en U, H1 à H6.
  • Sur la figure 5 apparaissent également deux courts-circuits, K1 et K2, connectés respectivement entre la ligne d'accès A1 et le résonateur H1 et entre la ligne d'accès A2 et le résonateur H6 ; ces courts-circuits ont été étudiés pour réaliser une adaptation de l'impédance du filtre en fonction du circuit dans lequel ce filtre est destiné à être monté.
  • En plus de ce qui apparaît sur la figure 5 le filtre comporte sur la face cachée du substrat diélectrique 2 une feuille métallique électriquement reliée au boîtier 1 et servant de plan de masse ; le conducteur extérieur des fiches 11 et 12 est également relié électriquement au boîtier 1.
  • La figure 6 est un graphique montrant l'affaiblissement A amené, en fonction de la fréquence, par le filtre selon la figure 5 (courbe G1 en traits continus) et montrant l'affaiblissement apporté par le filtre passe-bande selon l'art connu correspondant au filtre de la figure 5, c'est-à-dire sans les résonateurs Q1 et Q6 (courbe Go en traits interrompus). La courbe Go montre que le filtre classique (sans les résonateurs Q1 et Q6) présente une bande passante, centrée sur une fréquence moyenne de 825 MHz, qui est la bande passante utile du filtre, c'est-à-dire la bande passante pour laquelle il a été conçu ; ce filtre classique présente également une bande passante dont la fréquence inférieure se situe à 1 200 MHz et qui constitue une bande passante parasite qui peut être gênante dans certaines applications. La courbe G1 de la figure 6 montre que l'adjonction des résonateurs Q1 et Q6 aux autres éléments du filtre de la figure 5 permet d'éliminer cette bande passante parasite en réalisant une fonction coupe-bande.
  • D'autres réalisations de circuits passe-bande peuvent être envisagées sans sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi que, par exemple, dans le cas de la figure 1 des résonateurs identiques aux résonateurs P1 et P4 peuvent être associés aux résonateurs H2 et H3. De même pour réaliser la fonction de coupe-bande il est possible de connecter sur certains des résonateurs en λ/2 (H1 H2 H3 H4) de la figure 1 ou de la figure 3 des résonateurs en U de longueur λ'/2 et sur d'autres de ces résonateurs en λ/2 des résonateurs simples en λ'/4 tels que Q1 et Q4 (figure 3). Il est à noter également que, au lieu des condensateurs variables Ci et C4 de la figure 2, peuvent être montés des condensateurs fixes obtenus en même temps et de la même façon que les résonateurs, c'est-à-dire par dépôt métallique sur une plaquette ou à partir d'une plaquette métallisée dont une partie de la couche métallique a été retirée par attaque chimique ou mécanique ; ces condensateurs fixes sont alors constitués d'une rangée de languettes parallèles disposées entre les branches du U des résonateurs P'1 et P'4, perpendiculairement à ces branches, deux languettes successives étant respectivement solidaires des deux branches du U.
  • Il est à noter que la fréquence centrale de la fonction de coupe-bande qui est intégrée dans un filtre passe-bande peut être tout aussi bien une fréquence supérieure à la bande passante du filtre passe-bande, qu'une fréquence inférieure, voire même qu'une fréquence comprise dans cette bande passante : il suffit de déterminer la longueur électrique des résonateurs qui produisent cette fonction de coupe-bande, en fonction de la longueur d'onde de la fréquence centrale de la fonction de coupe-bande à obtenir.
  • D'une façon générale le nombre de résonateurs destinés à adjoindre une fonction coupe-bande prédéterminée dans un filtre passe-bande à résonateurs linéaires, peut être choisi entre 2 et n, n étant le nombre de résonateurs définissant la fonction passe-bande du filtre considéré ; le choix du nombre et de la position des résonateurs destinés à adjoindre la fonction coupe-bande est un moyen d'agir sur la forme de la courbe de réponse du filtre.

Claims (3)

1. Filtre passe-bande à n résonateurs linéaires (H1-H4) ouverts aux deux extrémités, dits résonateurs en λ'/2 (n : entier positif ; λ : longueur d'onde moyenne de la bande passante dans le filtre), caractérisé en ce que, à chacun de p (p entier au moins égal à 2 et au plus égal à n) des résonateurs en λ'/2 (H1, H4) est connecté, au voisinage de son milieu, c'est-à-dire là où le champ électrique à sa valeur minimale, un résonateur annexe (P1' P4), l'ensemble de ces résonateurs annexes réalisant un filtre coupe-bande.
2. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un des p résonateurs annexes (P1, P4) est un résonateur en U et en ce que ce résonateur annexe est connecté au résonateur en λ'/2 par la barre horizontale de son U.
3. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un des p résonateurs annexes est un résonateur (01, Q4) ayant une extrémité isolée et une extrémité connectée au résonateur en λ'/2 correspondant.
EP82401308A 1981-07-24 1982-07-09 Filtre passe-bande à résonateurs linéaires ouverts à leurs deux extrémités Expired EP0071509B1 (fr)

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