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FILTRE POUR FREQUENCES ULTRA ELEVEES.
L'invention se rapporte à des filtres pour fréquences ultra élevées et plus particulièrement à un filtre du type à résistance constante.
Dans les émetteurs tels que ceux employés en télévision et pour d'autres buts, des filtres sont nécessaires afin que le signal de sortie de l'émetteur se conforme aux normes déterminées par l'arrêté royal du 11 juin 1952 (Moniteur belge du 14/15 juillet 1952.) D'une manière idéale, pour la té- lévision, le spectre ne doit pas montrer d'atténuation à partir de la bande latérale de 200 Kc/s sur une fréquence qui est 0.75 Mc/s plus basse que la fréquence porteuse de vision et jusqu'à 5 Mc/s au-dessus de la fréquence porteuse, et à toutes les fréquences plus basses que 1.25 Mc/s en-dessous de.la fréquence porteuse, l'atténuation doit être au moins de 20 db.
On a développé dans ce but un filtre de bande latérale du type à résistance cons- tante utilisant une impédance en série avec la charge à fréquence radio et une impédance en série avec la charge auxiliaire qui absorbe l'énergie indé- sirable. Cependant, ces deux impédances ne sont d'habitude pas identiques et ceci est une objection. Il y a également objection à utiliser des impé- dances réactives en série avec la charge à fréquence radio et la charge au- xiliaire suite aux difficultés rencontrées pour élaborer les circuits requis pour supporter la forte puissance en cause. De plus, il est non seulement dé- sirable d'avoir les deux impédances identiques mais également d'avoir la char- ge à fréquence radio égale à la charge auxiliaire.
Un des buts de l'invention est par conséquent d'obtenir un fil- tre pour fréquences ultra élevées du type à résistance constante qui vainc les objections mentionnées ci-dessus et qui satisfait pleinement aux normes déterminées par l'arrêté royal du 11 juin 1952 (Moniteur belge du 14/15 juil- let 1952.)
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Un autre but est d'obtenir un filtre du type à résistance cons- tante ayant des impédances substantiellement égales, capables de supporter un courant élevé et dans lequel une charge auxiliaire est prévue, pour ab- sorber l'énergie indésirable, qui est substantiellement égale à la charge à fréquence radio avec laquelle le filtre est associé.
Un autre but de l'invention est d'obtenir un filtre du type à résistance constante qui ne montre substantiellement pas d'effets d'im- pédance réactive.
Encore un autre but de l'invention est d'obtenir un filtre du type à résistance constante et de forme coaxiale qui est robuste et relative- ment simple à construire.
Une caractéristique importante de l'invention est la prévision pour l'utilisation dans des émetteurs de télévision d'un filtre de bande la- térale adapté du type à résistance constante dans lequel les deux impédances sont transformées à travers des cellules d'adaptation d'un quart de longueur d'onde de telle manière qu'elles fournissent un effet égal par rapport à la ligne de transmission couplant la source d'énergie à fréquence radio à la char- ge formée par l'antenne.
Brièvement, un filtre suivant l'invention peut comprendre une paire d'unité résonnante ayant des impédances substantiellement égales qui sont couplées à travers des cellules d'adaptation à une ligne de transmis- sion reliant la source d'énergie à fréquence radio à la charge formée par l' antenne. Les cellules d'adaptation sont reliées à la ligne à des points espa- cés substantiellement d'un quart de longueur d'onde à la fréquence de l'éner- gie à transmettre. Une charge auxiliaire choisie comme approximativement éga- le à la charge formée par l'antenne est couplée en parallèle avec l'un des résonateurs.
Chaque résonateur a de préférence une construction coaxiale et la cellule d'adaptation lui est couplée au moyen d'une boucle inductive dis- posée en relation de couplage par rapport à la cavité du résonateur ou au con- ducteur intérieur du résonateur. Deux cellules de filtre ou plus, chacune com- prenant une paire de tels résonateurs, peuvent être couplées, formant un ar- rangement en cascade, à la ligne de transmission pour obtenir la bande pas- sante désirée.
Les caractéristiques et buts de l'invention mentionnés ci-des- sus ainsi que d'autres, seront mieux appréciés en se référant à la descrip- tion ci-dessus prise en relation avec les dessins ci-joints dans lesquels :
La Fig. 1 représente diagrammatiquement une pluralité de cel- lules de filtres construites et connectées suivant un arrangement en cascade en concordance avec les principes de l'invention ;
La Fig. 2 montre un diagramme de circuit équivalent d'une des cellules de filtres montrées à la Fig. 1;
La Fig. 3 est une vue en coupe longitudinale de l'unité gauche de l'une des cellules de filtre ;
Les Figs..., 5,6 et 7 sont des vues en coupe prise respecti- vement suivant les droites 4-4, 5-5, 6-6 et 7-7 de la Fig. 3.
En se référant à la Fig. 1 des dessins, un système de filtre 1 est représenté montrant une pluralité de cellules de filtre 2, 3, 4 re- liées ensemble en cascade. Quoiqu'une cellule de filtre est tout à fait adé- quate dans de nombreux cas, il est préférable de prévoir trois cellules de ce genre suivant un arrangement en cascade afin de satisfaire pleinement aux desiderata de l'arrêté royal du 11 juin 1952 (Moniteur belge du 14/15 juil-
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let 1952). Chaque cellule est substantiellement identique et comprend deux résonateurs 5 et 6. Les deux résonateurs sont couplés à une ligne de trans- mission 7 qui est adaptée pour être reliée à une source d'énergie à fréquence radio à une extrémité 8 et à une charge d'antenne à l'autre extrémité. 9.
Des résonateurs 5 et 6 sont couplés au moyen de sections de ligne d'adaptation 10 et 11, chacune ayant une longueur substantiellement égale à un quart de longueur d'onde à la fréquence de l'énergie à transmettre, les sections de ligne étant couplées à la ligne de transmission 7 en des points espacés le long de celle-ci, l'espacement étant aussi approximativement égal à un quart de longueur d'onde. L'espacement entre des cellules adjacentes 2,3 et 4 le long de la ligne de transmission 7, doit de préférence être de un quart de longueur d'onde quoique l'espacement puisse approcher trois-quarts de lon- gueur d'onde aux fréquences élevées. Les sections de ligne sont couplées aux résonateurs 5 et 6 à travers les boucles inductives 12 - 13.
Une charge auxi- liaire 14 est couplée en parallèle avec l'un des résonateurs de chaque cellu- le de filtre.
En se référant à la Fig. 2 qui montre un circuit équivalent pour une des cellules du filtre, les résonateurs 5 - 6 sont indiqués comme circuits résonnants 5a - 6a et les sections de lignes 10 - 11 sont respectivement re- présentées par les conducteurs 10a - lla, couplant les circuits 5a - 6a à la ligne de transmission 7a. Les inductances de couplage 12a - 13a correspondent aux boucles inductives 12 - 13 de la Fig. 1. La charge 14a correspond à la charge d'antenne devant être associée à la ligne de transmission à la conne- xion de sortie 9.
Du circuit équivalent à la Fig. 2, il sera évident que les circuits résonnants 5a - 6a ne sont pas reliés directement en série entre la source de puissance et la charge mais au lieu de celà, les impédances des deux circuits sont transformées à travers les cellules d'adaptation d' un quart de longueur d'onde 10a - lla - vers des points espacés le long de la ligne de transmission 7a. En ce qui concerne la ligne 7a, les impédances de ces deux circuits sont identiques. L'atténuation d'un tel filtre peut être représentée par : sortie A p A + (1+2h) (l-Kh)2 entrée 2
4h
2
EMI3.1
ou = RL L2W.2 o
RL = charge d'antenne.
L = Inductance du résonateur.
K = 1
EMI3.2
wl ¯¯¯¯¯-1
Wo
W1 h = - 1
Wo W1 = Fréquence pleinement passante du réseau.
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Wo = Fréquence de pleine atténuation du réseau.
Quand les conditions sont établies pour A et K dans un filtre de ce type pour la bande d'atténuation relativement large qui est requise, on trouve qu'il n'est pas pratique de construire des lignes de transmission ayant les inductances et les capacitances requises, parce que l'impédance ca- ractéristique pour de telles lignes de transmission devient trop grande. Ce-' ci est éliminé par la présente invention en construisant des résonateurs à cavité longs de un-quart de longueur d'onde avec une configuration pour un Q optimum et en couplant ensuite dans ces résonateurs par.-Induction. Au moy- en de cette méthode les basses inductances et les capacitances élevées re- quises sont obtenues sans introduire des structures à grandes pertes dans les lignes de transmission.
De plus, les impédances des inductances 12a et 13a sont obtenues par l'inductance de la boucle découplage de cavité 12 et une petite section de lignes parallèles court-circuitées 16, Fig. 3 en de- hors de la cavité. L'impédance réfléchie par la cavité dans la boucle de couplage est une fonction de l'emmagasinement total d'énergie de la cavité par rapport à celle emmagasinée dans la région interceptée par la boucle de couplage.
En se référant aux Figs. 3, 4, 5, 6 et 7, une compréhension additionnelle des détails du filtre peut être obtenue. Le résonateur 5 est montré comme comprenant un cylindre conducteur extérieur 17 et un conducteur intérieur 18 disposé coaxialement à l'intérieur de celui-ci. Le cylindre 17 peut être ouvert à ses deux bouts mais de préférence est fermé par des piè- ces d'extrémité 19 et 20. Si désiré, le diélectrique entre les condensateurs 17 et 18 peut être autre que l'air, par exemple, il peut être un gaz ou un liquide ou même un diélectrique solide tel que le polyéthylène. Le conducteur 17 est soutenu par des soutiens diélectriques 21 adjacents à une de ses extré- mités et par une plaque de bout conductrice 22 supportée par le cylindre 17.
La portion coaxiale des conducteurs 17 - 18, représente de préférence l'équi- valent électrique d'un quart d'onde à la fréquence radio de l'énergie à trans- mettre. Le cylindre 17 s'étend de préférence au delà des extrémités du conduc- teur intérieur 18 afin de limiter autant que possible les effets de bout. La section de ligne d'adaptation 10 comprend une ligne coaxiale ayant un conduc- teur extérieur 23 et un conducteur intérieur 24. Le conducteur extérieur 23 est connecté directement au cylindre 17. Le conducteur 24 est connecté, à travers un joint glissant flexible ou téléscopique 25, à une boucle inducti- ve 26 dont la section est en forme d'arc et qui est disposée approximative- ment parallèle au conducteur intérieur 18.
La boucle 26 a un prolongement à travers une ouverture isolée 22a dans la plaque de bout 22 comme l'une des lignes parallèles externes 16. Ces lignes 16 peuvent être court-circuitées d'une manière ajustable au moyen d'un lien 27 et de plus connectées à la plaque de bout 22 à travers un second lien 28 qui est soutenu d'une manière pivotante sur la plaque de bout. En manipulant la section de ligne parallèle 16 autour du pivot du lien 28, l'espacement, et par là, le degré de couplage entre la boucle 26 et le conducteur intérieur 17 du résonateur peuvent être variés.
Un élément capacitif 29 est prévu disposé à l'intérieur du cy- lindre 17 qui peut être ajusté en relation avec le conducteur 17 comme indi- qué par la vis filetée 30 et le boulon 31. Par ce moyen, la longueur électri- que du résonateur peut être ajustée.
La charge auxiliaire 14 est couplée en parallèle avec le réso- nateur en la connectant entre le conducteur extérieur 23 et le conducteur intérieur 24 de la section de ligne d'adaptation 10 adjacente à la boucle de couplage 26.
Le filtre expliqué ci-dessus peut être utilisé dans un émetteur de télévision en le plaçant dans la ligne de transmission entre l'amplifica- teur de puissance et le système d'antenne. L'impédance d'entrée du filtre est
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pratiquement constant et pour la bande passante et pour la bande rejection, tandis que la réactance reste essentiellement égale à zéro.
Bien que les principes de l'invention aient été décrits ci- dessus en se référant à une réalisation préférée, il est bien entendu que cet- te description est faite à titre d'exemple et ne constitue aucunement une li- mitation de la portée de l'invention.
REVENDICATIONS.
1. Un filtre comprenant une entrée pour être reliée à une sour- ce d'énergie à fréquence radio, une sortie pour être reliée à une charge, u- ne ligne de transmission couplant ensemble les différentes connexions d'entrée et de sortie, une paire d'unités résonnantes ayant des impédances substantiel- lement égales, des moyens couplant les dites unités comme impédances à la di- te ligne de transmission et une charge auxiliaire couplée en parallèle avec une des dites unités, la dite charge auxiliaire étant substantiellement éga- le à la charge devant être connectée à la dite sortie.
2. Un filtre suivant 1, dans lequel les moyens de couplage com- prennent une section de ligne connectant chaque unité à la dite ligne de trans- mission, chaque section de ligne étant substantiellement égale à un-quart de longueur d'onde à la fréquence radio de la dite énergie.
3. Un filtre suivant 2, dans lequel les dites sections de lig- ne sont couplées à la dite ligne de transmission en des points espacés l'un de l'autre approximativement par un-quart de longueur de l'onde à la fréquen- ce de la dite énergie.
4. Un filtre suivant 3, qui comprend de plus des filtres addi- tionnels ayant une construction substantiellement identique et des moyens cou- plant les dits additionnels à la dite ligne de transmission avec l'espacement entre les points de couplage des filtres adjacents égal à au moins un-quart de la longueur d'onde à la fréquence de la dite énergie.
5. Un filtre suivant 1, dans lequel les dites unités compren- nent un résonateur à cavité.
6. Un filtre suivant 1, dans lequel les dites unités comprenant chacune un résonateur à cavité et dans lequel les moyens couplant les dites unités à la dite ligne de transmission comprennent un couplage inductif et des moyens pour ajuster le dit couplage.
7. Un filtre suivant 6, dans lequel les dits résonateurs à cavité comprennent des moyens pour ajuster leur longueur électrique.
8. Un filtre comprenant une connexion d'entrée à la ligne co- axiale pour connexion à une source d'énergie à fréquence radio, une connexion de sortie à ligne coaxiale pour connexion à une charge, une ligne de trans- mission coaxiale couplant ensemble les dites connexions d'entrée et de sor- tie, une paire de résonateurs à cavité ayant des impédances substantiellement égales, et des sections de ligne coaxiale ayant substantiellement un-quart de longueur d'onde à la fréquence de la dite énergie, couplant les dits ré- sonateurs à la dite ligne de transmission en des points espacés le long de celle-ci.
Un filtre suivant 8,dans lequel les dites sections de ligne coaxiales sont couplées à la dite ligne de transmission en des points espacés par une longueur substantiellement égale à un-quart de longueur d'onde à la fréquence de la dite énergie.
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