<B>Filtre</B> pour <B>ondes</B> ultracourtes La présente invention est relative à un fil tre pour ondes ultracourtes.
Les dispositifs de filtrage pour ondes ultra courtes se composaient jusqu'ici d'éléments oné reux comprenant des guides d'ondes et des lon gueurs de lignes coaxiales. A mesure que le développement de la technique atteint des fré quences de plus en plus élevées, ces éléments nécessitent une précision de plus en plus grande, ce qui rend difficile la fabrication éco nomique d'un filtre satisfaisant pour les bandes de fréquence des ondes ultracourtes.
Le but de la présente invention est de pré voir un filtre simple pour ondes ultracourtes qui ne nécessite pas la précision et l'exactitude que l'on croyait indispensables jusqu'ici pour les filtres pour haute fréquence.
Le filtre selon l'invention comprend un premier conducteur disposé de manière à pré senter une configuration déterminée, un second conducteur, au moins une partie du premier conducteur étant disposée de manière prati quement parallèle au second conducteur et la plus grande partie du premier conducteur étant disposée à une distance du second conducteur qui est égale à une fraction.
de la longueur d'ondes de la fréquence centrale des ondes ultracourtes, la largeur dudit second conduc- teur étant supérieure à la largeur la plus grande de la configuration dudit premier con ducteur de sorte que la distribution du champ électrique et magnétique entre les conducteurs est concentrée sensiblement de la même ma nière que la distribution du champ entre l'un des conducteurs et le plan neutre d'un sys tème à deux conducteurs parallèles,
d'où il résulte que la propagation des ondes ultra- courtes a lieu pratiquement entièrement dans les régions du champ électromagnétique con centré délimitées par les surfaces opposées desdits premier et second conducteurs. Ce fil tre est caractérisé en ce que la configuration dudit premier conducteur présente en combi naison avec ledit second conducteur de l'in duction et de la capacité de manière à former une section de filtre résonnant.
L'invention est basée sur un principe ap plicable dans. un système de transmission à conducteurs parallèles, théoriquement parfait. Si l'on pouvait construire une ligne de trans mission parallèle de telle sorte que ses champs électrique et magnétique soient maintenus pra tiquement constants sur toute sa longueur sans être affectés par les irrégularités qui peuvent exister dans la forme, la dimension et l'écar tement relatif des conducteurs, ainsi qu'on pourrait l'obtenir avec des conducteurs iden- tiques séparés par un écartement donné cons tant, on obtiendrait un minimum de perte de radiation.
En pratique cependant il, est impos sible de réaliser de tels systèmes de conduc teurs parallèles théoriquement parfaits.
Les brevets suisses Nos 307826 et 314176 décrivent des systèmes de transmission qui utilisent ce principe de ligne parallèle théori quement parfaite, sans nécessiter la similitude et l'écartement exacts de deux conducteurs pa rallèles.
La présente invention permet égale ment d'obtenir ce résultat pour des systèmes de filtres en prévoyant deux conducteurs situés très près l'un de l'autre, l'un de ces conduc teurs, désigné ci-après sous le terme de con ducteur de terre étant plus large que l'autre conducteur, désigné ci-après sous le terme de conducteur de ligne , de manière à produire effectivement une image dru conducteur de ligne sur le côté opposé du conducteur de terre.
Cette relation permet d'obtenir entre les deux conducteurs une distribution des champs électrique et magnétique pratiquement sem blable à la distribution de ces champs entre un conducteur et lie plan neutre d'un système pa rallèle à deux conducteurs. Le conducteur dit conducteur de terre pourrait théorique ment s'étendre en largeur jusqu'à l'infini mais, en pratique, il doit seulement être légèrement plus large que le conducteur de ligne, à con dition que sa plus grande largeur permette une ample concentration du champ électrique entre les surfaces opposées des deux conducteurs. La largeur du conducteur de terre doit être de l'ordre de deux ou trois fois celle du conduc teur de ligne, bien qu'elle puisse être ,plus grande si les circonstances le permettent.
Dans le filtre, le conducteur de ligne est disposé sui vant diverses formes et configurations, de ma nière à présenter, en conjonction avec le con ducteur de terre, des inductances et des capa- citances permettant d'obtenir des sections de filtre résonnantes.
Plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention seront décrites ci-après, à titre d'exemple, en regard des dessins annexés dans lesquels La fig. 1 montre une vue en plan d'un filtre.
La fig. 2 montre une vue en coupe trans versale prise suivant la ligne 2-2 da la fig. 1. La fig. 3 montre, sous une forme schéma tique, le filtre pour onde électrique équivalant au filtre de la fig. 1.
La fig. 4 montre une vue en coupe d'une variante d'inductance.
La fig. 5 montre une vue latérale d'une autre variante d'inductance.
Les fig. 6 et 7 montrent respectivement des vues latérales et en plan d'une variante de ca pacité.
La fig. 8 montre une vue en plan d'une autre variante de capacité ; et les fig. 9 et 10 montrent des vues latérales d'autres variantes d'inductances pouvant être utilisées dans les filtres décrits.
Si l'on se réfère aux fig. 1 et 2, on voit qu'une ligne coaxiale d'alimentation 1 alimente un filtre 2, 2a qui, à son tour, alimente un dis positif d'utilisation 3.
Le filtre 2, 2a est brisé en deux parties, la partie 2 étant du type sandwich dans lequel les portions du con- ducteur de ligne sont incluses dans l'isolant, ainsi que le montre la vue en coupe transver sale de la fig. 2, tandis que la partie 4a est montrée sans la portion de recouvrement du sandwich , le conducteur de ligne étant ainsi exposé.
Le filtre se compose essentiellement d'une plaque de base conductrice ou conduc- teur de terre 4 et d'un conducteur de ligne 5 disposé selon certaines configurations, comme indiqué en 6, 7, 8, 9, 10 et 11. La partie 6 comprend un conducteur en spirale qui est connecté au conducteur de ligne 5 en formant de préférence avec celui-ci un angle aigu. La spirale 6 est incluse dans l'isolant 12, comme indiqué à la fig. 2.
Cette spirale peut être pour vue d'une extrémité ouverte 13 ou bien ladite extrémité 13 peut être connectée à travers la couche d'isolant au conducteur de terre 4. La spirale 6 peut être de différentes longueurs se lon la réactance que l'on désire obtenir.
Si l'on désire une prépondérance de réactance indduc- tive, sa longueur doit être raccourcie électri quement jusqu'au-dessous d'un quart de lon gueur d'onde ; au contraire, si l'on désire une prépondérance de réactance de capacité, une longueur plus grande qu'un quart de longueur d'onde, court-circuitée à son extrémité, doit être prévue.
L'énergie qui alimente le filtre depuis la ligne de transmission 1 est appliquée en pre mier lieu à l'inductance en spirale 5 qui pos sède également une capacitance distribuée par rapport au conducteur de terre. La spirale 6 produit ainsi une inductance en parallèle avec la capacitance distribuée entre les conducteurs de ligne et de terre 4 et 5.
Cette première sec tion de filtrage comprend ainsi un circuit ré sonnant parallèle tel que celui indiqué en 14 à la fig. 3, l'inductance et la capacitance en parallèle distribuées étant indiquées respecti vement en 6a et 6b.
La configuration de la partie 7 est propre à produire une inductance en série avec le con ducteur de ligne 5. La portion de conducteur 7 est sinusoïdale afin de produire l'inductance désirée. Les parties 8 produisent une capaci- tance qui est fonction de leur écartement.
Les conducteurs 7 et 8 constituent un circuit ré sonnant parallèle disposé en série avec le con ducteur de ligne 5 selon la manière indiquée en 15, 7a et 8a correspondant aux éléments 7 et 8 de la fig. 1. Continuant le long du filtre, l'élément suivant 9 constitue de même un cir cuit résonnant parallèle similaire à celui de 1a spirale 6, son équivalent étant montré en 16 à la fig. 3.
La section de filtrage suivante com prend les conducteurs 10 et 11 et constitue un circuit résonnant parallèle en série avec le con ducteur de ligne, de la même manière que les conducteurs 7 et 8, l'équivalent étant indiqué en 17 sur la fig. 3.
Le dispositif d'alimentation en énergie d'ondes ultra-courtes depuis la ligne coaxiale 1 jusqu'au filtre peut comprendre une longueur de ligne de transmission comprenant un con ducteur de ligne sur un conducteur de terre, comme prévu dans le brevet précité. La fi gure montre une telle ligne de transmission à conducteur de ligne sur conducteur de terre connectant les dieux extrémités de filtre. Lors que le conducteur 4 est constitué par une paroi d'un châssis, le conducteur de terre peut être constitué par une extension de celle-ci.
On comprendra cependant que la ligne coaxiale 1 peut être connectée directement aux extrémi tés d'entrée et de sortie du filtre si on le désire.
Lorsque, comme sur la fig. 1, le filtre a la forme d'un sandwich comprenant les conduc teurs de terre supérieur et inférieur 4 et 4a, les configurations du conducteur de ligne étant incluses dans l'isolant 12, la ligne coaxiale peut y être connectée directement en prolon geant le conducteur extérieur entre les con ducteurs de terre 4 et 4a. Ce prolongement est indiqué à la fig. 1 en disposant des parois latérales 18 et 19 faites d'une substance con ductrice à la connexion de couplage entre la ligne de transmission et le filtre.
Ces parois latérales réduisent la perturbation dies ondes et assurent une alimentation convenable depuis la ligne de transmission jusqu'à la section filtre. Lorsque la ligne coaxiale est connectée direc tement au filtre, le conducteur extérieur est connecté aux conducteurs de terre 4 et 4a au moyen de portions latérales s'étendant entre les conducteurs de terre, pratiquement selon la manière indiquée à la fig. 1 pour les parois latérales 18 et 19.
Sur 1a partie droite de la fig. 1 on a amis une moitié de l'isolant 12 et du conducteur 4a. Les conducteurs de ligne 5, 9, 10 et 11 sont supportés par une couche mince d'iso lant 12a.
On peut construire facilement le filtre mon tré aux fig. 1 et 2 en utilisant les techniques des circuits imprimés. On choisit le condùc- teur de base 4 plus large que la configuration totale du conducteur de ligne, y compris ses portions inductives et capacitives.
Le condûc- teur de base 4 est pourvu d'une couche d'iso lant 12a sur laquelle les configurations du conducteur de ligne, sous des formes propres à donner les capacitances et les inductances dé sirées, sont appliquées suivant la technique connue des circuits imprimés.
Par exemple, l'isolant peut être du polystyrène, du poly éthylène, du polytétrafluoroéthylène, ou tout autre isolant flexible, et les conducteurs peu vent être constitués par une peinture ou une encre conductrice, ou bien une substance con ductrice peut être déposée chimiquement, pul vérisée à travers un pochoir ou saupoudrée sur des surfaces choisies et préparées. De même, des bandes conductrices peuvent être réalisées ou appliquées par une opération d'étampage.
Pour augmenter le coefficient de surtension du filtre, il peut être préférable de disposer les sections filtres en sandwich , comme le montre la fig. 2, ce qui permet de minimiser les pertes de radiation. Les deux conducteurs plans 4 et 4a sont, de préférence, connectés ensemble et mis à la terre, comme indiqué en 20, l'interconnexion étant réalisée par les pa rois latérales 18 et 19 ou par une bande de connexion.
Lorsqu'on utilise un filtre du type sandwich , le champ est situé entre le con ducteur de ligne et les deux conducteurs 4 et 4a. Lorsque le conducteur de ligne et les por tions qui lui sont associées sont exposées, comme montré à la partie droite de la fig. 1, la distribution du champ électrique est con- centrée entre le conducteur de ligne et le con ducteur de terre 4.
Il apparaît clairement que le filtre peut se présenter sous la forme sand wich, ou bien son conducteur de ligne peut être exposé, comme on le désire.
Bien que le filtre 2, 2a soit montré comme étant un filtre du type passe-bande, il est clair que d'autres filtres, par exemple des filtres passe-haut et passe-bas, peuvent être construits suivant les principes de la présente invention.
La fig. 4 montre une variante d'inductance dans laquelle la couche d'isolant est omise. Le conducteur die ligne peut se présenter sous la forme d'un fil 21 spiralé, comme indiqué en 6 à la fig. 1, l'extrémité intérieure 22 étant connectée au conducteur de terre 4. La spirale est maintenue dans un plan situé au-dessus de 1a plaque 4 et la connexion 22 lui sert de sup port.
Cette connexion peut être faite à l'en droit où la longueur de la spirale correspond à un quart de longueur d'onde ou un multiple de ce chiffre. Lorsqu'on le désire, la section filtre peut être enfermée dans un boîtier con ducteur 23 dont la surface intérieure peut être revêtue d'une substance 24 provoquant des pertes. A cet effet, on peut, par exemple, uti liser un graphite colloïdal. Un tel boîtier agit comme un écran et diminue également les per tes de radiation. On peut, si on le désire, pré voir une protection similaire pour le filtre tout entier ou pour n'importe laquelle de ses parties.
La fig. 5 montre une autre méthode de construction d'une inductance. Un conduc- teur 25, qui forme une spirale 26, et qui pré sente dé ce fait une inductance, est placé tout près du conducteur de terre 4. La proximité de la spirale 26 avec le conducteur de terre 4 détermine la capacité distribuée de cette spi rale par rapport au conducteur de terre.
Si l'on désire que l'élément montré soit une in ductance pure, lia spirale 26 doit être éloignée du conducteur de terre. Au contraire, si l'on désire que le circuit de la fig. 5 constitue un circuit résonnant parallèle, la spirale 26 doit être placée suffisamment près du conducteur de terre 4 pour produire la quantité désirée de capacitance distribuée.
Si l'on se réfère aux fig. 6 et 7, on voit qu'un conducteur de ligne 25 forme une pla que 27. Si la plaque 27 est de faible dimension par rapport à la longueur d'onde de l'énergie propagée à travers l'élément, elle produit une capacité en bloc, de grandeur proportionnelle à sa surface.
Cependant, si les dimensions de la plaque 17 sont de l'ordre de la longueur d'onde de l'énergie qui s'y propage, l'élément 27 présente une inductance en série en même temps qu'une capacité ; il apparaît donc clai rement que la plaque peut alors comprendre une capacité pure ou un circuit résonnant pa- rallèle, selon les dimensions de ladite plaque par rapport à 1a longueur d'onde de l'énergie qui s'y propage.
La fig. 8 montre une autre méthode pour la construction d'une capacitance. Au conduc- teur de ligne 25 est attaché un conducteur 28 qui possède une capacité par rapport au con ducteur de terre 4. Le conducteur 28 est dis posé parallèlement au conducteur de ligne 25 et au conducteur de terre 4. La valeur de cette capacité peut être ajustée en faisant varier la longueur du conducteur 28.
Si ce conducteur 28 est très long par rapport à la longueur d'onde de l'énergie propagée sur le conducteur 25, ledit conducteur 28 peut présenter égale ment une inductance en série, auquel cas il représente un circuit résonnant en série par rapport au conducteur 4.
La fig. 9 montre le conducteur de ligne 25 auquel est fixé un conducteur 29 qui est 6ga- lement fixé au conducteur de terre 4. Cette structure constitue une inductance puisque le conducteur 29 est d'une longueur qui peut être appréciable par rapport à 1a longueur d'onde de l'énergie propagée sur le conducteur 25.
Si 1e conducteur 29 présente de plus une capacitance appréciable par rapport au con- ducteur de terre 4, il peut comprendre une capacitance et une inductance en parallèle et il constitue de ce fait un circuit résonnant pa rallèle.
La fig. 10 montre un élément de capacité similaire à celui de la fig. 8 mais comprenant en plus des dispositifs permettant de régler la valeur de la capacité. Au conducteur de ligne 25 est attaché un conducteur 30 qui, selon les principes illustrés à la fig. 8, constitue une ca pacité entre 1e conducteur de ligne 25 et 1e conducteur de terre 4.
La valeur de cette ca pacité peut être modifiée au moyen d'un di- électrique 31 placé entre le conducteur 30 et le conducteur de terre 4. La constante di électrique de ce diélectrique détermine la valeur de la capacité formée par l'élément 30 et, de ce fait, la valeur de cette capacité peut être modifiée en. changeant la nature du di- électrique 31.
On comprendra que les éléments de ré actance des fig. 4 à 10 peuvent être utilisés dans la construction d'un filtre selon les prin cipes exposés en relation avec les fig. 1 et 2.