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FILTRE POUR.LIGNE DE TRANSMISSION.
(ayant fait- 1 'objet d'une demande.de- brevet deposée aux E.U.A. le 27 mars 1950 aux noms de A.G. Clavier et D.L. Thomas- déclaration de la déposante -J.
L'invention est relative aux systèmes pour latransmission des on- des ultra-courtes et plus particulièrement à un filtre et aux moyens de le cou- pler dans unsystème pour la transmission des ondes ultra-courtes,
En plus de la transmission de l'énergie d'ondes ultra-courtes au moyen de liaisons radio, de câbles coaxiaux et de guides d'ondes diélectriques on a découvert récemment que l'énergie haute fréquence couvrant une très lar- ge bande peut être transmise au moyen d'un fil simple convenablement isolé, la transmission de l'énergie étant confinée tout près de la surface du fil dans les champs électriques et magnétiques formés autour de celui-ci.
Il a été reconnu que, lorsqu'un fil simple est parcouru par un courant électri- que, il se forme autour de celui-ci des champs électriques et magnétiques mais on pensait que ces champs s'étendaient extérieurement sans aucune limite définie. On s'est aperçu cependant que si le conducteur est recouvert d'une couche donnée d'isolement, les champs électromagnétiques sont concentrés et substantiellement confinés autour du conducteur à l'intérieur d'un volume cylindrique de rayon donné, ce rayon étant déterminé par la dimension du con- ducteur ainsi que par la nature et l'épaisseur de la couche isolante.
A ti- tre d'exemple, on s'est aperçu qu'il se forme autour d'un fil de cuivre émaiL- lé de 26/10 de millimètre de diamètre, un champ électromagnétique concentré dans un rayon de 7 à 10 centimètres autour de ce fil, et que l'énergie hau- te fréquence circule dans ce champ. Ce mode de propagation, désigné mainte- nant sous le nom de "Transmission d'ondes de surface" présente très peu de pertes et est pratiquement exempt de troubles d'origine électrique ou autres, lorsque le champ cylindrique confiné est pratiquement sans obstacle.
L'un des buts de cette invention est de fournir un filtre permet- tant le passage de certaines fréquences d'ondes ultra=.courtes.
Un autre but est de fournir un filtre et un dispositif de coupla- ge combinés permettant de coupler le filtre à certains types de conducteurs @
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pour la transmission des ondes ultra-courtes.
L'une des caractéristiques de la présente invention consiste à utiliser comme filtre un conducteur correspondant au conducteur dit "pour onde de surface". On y parvient en disposante par intervalles, le long du conducteur, des sections conductrices agrandies, telles que des disques ou des plaques, l'écartement entre ces sections dépendant de l'énergie de fré- quence que l'on désire transmettreo Afin d'éviter ou de minimiser toute per- turbation dans la propagation de l'énergie d'ondes ultra-courtes, les sec- tions discoïdes aux extrémités du filtre sont réduites graduellement en dia- mètre ou en dimension de coupe transversale, de sorte que la dernière à cha- que extrémité soit approximativement de même dimension transversale que le fil conducteur.
Le conducteur filtre et les sections discoïdes peuvent ne pas être recouverts d'isolant, mais, dans le but de confiner le champ électroma- gnétique tout le long du filtre, il est préférable de recouvrir d'une couche d'isolant le conducteur et les sections discoïdes de la même manière que la surface du conducteur d'ondes de surface à fil simple qui y est associée Les sections discoides peuvent être circulaires, elliptiques, rectangulaires, triangulaires, ou de toute autre forme .qui ne produise pas de perturbation excessive dans la propagation de l'onde.
. Une aùtre caractéristique de l'invention réside dans la manière de coupler le filtre entre une ligne coaxiale ou un guide d'ondes et un con- ducteur d'ondes de surface. L'extrémité de la structure guide d'ondes, ou du conducteur extérieur d'une ligne coaxiale est évasée vers l'extérieur et les sections terminales effilées du filtre sont disposées, au moins partiel- lement, dans cette portion évasée. Ainsi, lorsque l'on permet au champ élec- tromagnétique de s'étendre radialement dans la partie évasée du guide d'ondes ou du conducteur extérieur coaxial, la ou les sections effilées du filtre sont disposées dans l'axe de cette zone d'expansion de sorte qu'il se produit un minimum de perturbation.
Cette relation étroite, entre la ou les sections effilées du filtre et la partie évasée du guide diélectrique ou de la ligne coaxiale qui y est associée, vaat pour les deux sens de propagation des ondes coàodo que la propagation des ondes ultra-courtes ait lieu depuis la partie évasée,ou qu'elle y soit reçue.
Les caractéristiques sus-mentionnées ou autres, et les buts de la présente invention ainsi que les moyens de les atteindre deviendront plus apparente, et l'invention elle-même sera mieux comprise si.l'on se réfère à la description suivante d'une de ses applications et aux dessins annexés dans lesquels
La figure 1 représente une vue d'élévation latérale'd'un filtre conçu selon 1 principe de-la présente invention;
La figure 2 est une vue de coupe longitudinale du même type de filtre représenté avec ses sections terminales effilées couplées à un conduc- teur d'ondes de surface.-
La figure 3 représente une vue de coupe longitudinale du filtre couplé à un guide d'ondes diélectrique, et
La figure 4 est une vue en coupe longitudinale montrant une struc- ture modifiée de filtre couplé à une ligne coaxiale,,
Si l'on se réfère à la figure 1, on voit que le filtre se compose essentiellement d'un conducteur 1 dont la dimension peut être identique à cel- le du conducteur d'ondes de surface auquel il est associée Il peut cependant être d'une autre dimension,
celle-ci étant fonction de la conception généra- le du filtre et de la manière dont il est couplé dans le système de transmis- siono Le conducteur 1 est pourvu de sections agrandies se présentant sous la forme de disques 2, espacées à intervalles sur sa longueur. Une section filtre de base comprend une paire de ces disques 0' Les disques peuvent être circulaires, elliptiques, rectangulaires, triangulaires ou de toute autre forme non susceptible de produire une perturbation excessive dans la propa- gation des ondes.
La ligne conductrice peut également être de formes diffé- rentes de la forme cylindrique habituelle et, lorsqu'on le désire, le conduc-
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teur peut être d'une forme semblable à celle des disques qu'il porte. L'écar- tement "d" entre les disques a une influence directe sur la bande'de fréquen- ce que peut laisser passer le filtre.
La longueur d'onde de coupure supérieu- re du filtre peut être représentée par la formule :
EMI3.1
tandis que la coupure inférieure peut être représentée par la formule :
EMI3.2
Un filtre passe-bande étroit peut être construit en utilisant en série deux des filtres précités, l'un des filtres ayant les proportions d'un filtre passe- haut et l'autre celles d'un filtre passe-bas.
Les équations ci-dessus sont efficaces à conditions que la propa- gation soit du type non rayonnant. L'épaisseur "W" trop grande en comparaison de l'écartement "d" résulterait dans des radiations non désirées de l'énergieo On devrait donc maintenir l'épaisseur "W" très petite.
Le rapport entre la dimension transversale ou diamètre "d" et le diamètre du conducteur 1 affec- tera l'acuité de la coupure et de l'atténuation du filtreo La différence en- tre le rayon des disques et celui du conducteur ne devrait pas être supérieu- re à un quart de la longueur d'onde de la plus.haute fréquence de coupureo
Le filtre illustré à la figure 1 est nu d'isolant mais il peut être recouvert d'un isolant tel que de l'émail, du verre, du polystyrène, du polyéthylène, etc.,,., lorsque l'on désire que le champ électromagnétique, le long du filtre, soit confiné tout près des sections filtres, Le filtre illustré dans la figure 2 est pourvu d'une telle couche isolante, comme in- diqué en 3.
La structure filtre de la figure 2 est munie de parties termi- nales qui minimisent la perturbation de la propagation des ondes ultra-crou- tes dans l'une ou l'autre direction par rapport au filtrer
Ces sections terminales sont représentées comme étant formées de plusieurs disques 4 dont les diamètres vont en diminuant progressivement depuis la proximité de l'un des disques de diamètre maximum jusqu'au disque extrême 5 du filtre, ce disque extrême 5 étant d'un diamètre légèrement plus grand que celui du conducteur 1.
Le conducteur 1 au-delà de l'extrême sec- tion 5 peut être.couplé à/ou faire partie intégrante d'un conducteur de li- gne à ondes de surface 6, ou peut lui-même comprendre une partie du conduc- teur de ligne 60 Le conducteur 1 et les sections de ligne de disques du fil- tre sont représentés comme étant recouverts d'une couche isolante 3 dont l'é- paisseur correspond à celle de l'isolant du conducteur de ligne 60 On compren- dra clairement cependant que la couche d'isolant sur le conducteur filtre et sur les sections peut être plus épaisse ou plus mince que la couche isolan- te sur le conducteur;, en fonction du diamètre admissible du champ électroma- gnétique autour du filtre et de l'action filtrante de celui-ci.
La figure 3 montre un filtre à section terminale conique, sembla- ble à celui de la figure 2, couplé à un conducteur creux 7 qui peut compren- dre la structure de la paroi circulaire, d'un guide d'ondes ou le conducteur extérieur d'une ligne coaxiale. La partie terminale 8 du conducteur creux peut être plane, mais est de préférence évasée en forme de corne et certaines des sections terminales du filtre sont disposées à l'intérieur de cet évase- mento La section filtre terminale 5 est disposée tout près de l'extrémité interne de l'évasement 8 afin que la partie effilée des sections terminales qui y sont associées corresponde en proportions au degré de l'angle de l'éva- sement 8 qui est dispesé concentriquement autour d'elles. Lorsque le conduc- teur creux 7 est muni d'un conducteur central 9,
par exemple dans le cas d'u- ne ligne coaxiale, l'isolant 3 est également effilé depuis la périphérie de la section discoide 5 jusqu'à la surface du conducteur 9 comme indiqué, par la masse effilée 10. Les sections diseoides ont de préférence la même forme que la section du guide d'ondes ou de la ligne coaxialeo
Dans la figure 4, une ligne similaire pour la transmission des ondes ultra-courtes du type coaxial,est montrée comme comprenant un conduc- teur extérieur 11 et un conducteur intérieur 12.
Le conducteur extérieur est également évasé à sa partié terminale 13 comme le montre le dessino Le
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conducteur creux 11 contient un diélectrique "solide" qui s'étend extérieu- rement. avec le même diamètre à travers 1?évasement 13. Ce filtredans cet- te variante, est muni d'une section terminale effilée 15 dont le diamètre maxi- mum, correspond au diamètre des autres sections 16 du filtre.
Cette section terminale 15 est effilée depuis son extrémité de diamètre maximum jusqu'à la surface du conducteur 12 qu'elle atteint au niveau de l'extrémité intérieure
17 de l'évasement 13 La section 15 est proportionnée de façon à s'étendre sur une distance égale ou légèrement supérieure à la longueur de la partie évasée 13 du conducteur extérieur
Dans les deux formes illustrées aux figures 3 et 40 la partie ter- minale effilée du filtre est disposée à l'intérieur de l'extrémité évasée du conducteur extérieur.
Cette relation étroite permet un passage régulier de l'énergie, d'un mode de propagation à un autre, avec un minimum de perturba- tiono Dans la figure 4 la masse diélectrique contenue dans le conducteur 11 est amincie graduellement en épaisseur le long de la section 15, jusqu'à ce qu'elle atteigne l'épaisseur uniforme de l'isolant sur le filtre. Cette va- riation graduelle du diélectrique concourt également à minimiser l'occurren- ce de perturbations dans la propagation des ondes.