Filtre pour ondes ultra-courtes La présente invention a pour objet un filtre pour ondes ultra--courtes spécialement applica ble aux circuits et lignes de transmission impri <B>més.</B>
Dans les brevets suisses No <B>307826,</B> No <B>314176</B> et No <B>314178</B> on a décrit un type de ligne pour la transmission des ondes ultra- courtes comprenant, dans l'une de ses formes les plus simples, deux conducteurs pratiquement parallèles imprimés ou disposés de toute autre manière sur les faces opposées d'une bande ou couche de substance diélectrique, dont l'épais seur est égale<B>à</B> une petite fraction d'un quart de longueur donde. Les deux conducteurs peu vent être de même largeur ou bien l'un peut être plus large que l'autre.
La substance diélec trique qui sépare les deux conducteurs peut être pratiquement de même largeur que le plus étroit d'entre eux, ou bien elle peut être plus large, selon la relation désirée.
Le but de la présente invention est de pré voir un filtre pour ondes ultra-courtes utilisant une section du type sus-mentionné de ligne<B>à</B> bandes parallèles et qui soit de faible volume, de faible poids, et dont la fabrication soit re lativement simple et peu onéreuse.
Le filtre selon la présente invention qui comprend une paire de conducteurs de ligne en forme de rubans disposés entre eux de manière sensiblement parallèle<B>à</B> une distance égale<B>à</B> une fraction d'un quart de longueur d'onde est caractérisé par au moins une paire d'obstacles disposés de façon espacée dans le sens longi tudinal desdits conducteurs de manière<B>à</B> for mer une section résonnante entre eux.
Des formes d'exécution de l'objet de la pré sente invention seront exposées,<B>à</B> titre d'exem ple, dans la description suivante faite en re gard des dessins annexés dans lesquels<B>:</B> La figure<B>1</B> montre une vue en plan d'un filtre.
La figure 2 montre une vue en coupe trans versale prise suivant la ligne 2-2 de la figure<B>1.</B> La figure<B>3</B> montre un diagramme circulaire utilisé pour expliquer les caractéristiques de susceptance des obstacles utilisés dans le filtre. La figure 4 montre une courbe de réponse des fréquences d'un des filtres.
La figure<B>5</B> montre une vue fragmentaire d'un filtre montrant une section de cavité ré sonnante et un dispositif d'accord<B>à</B> vis capaci- tive pour celle-ci.
La figure<B>6</B> montre une vue en coupe longi tudinale prise suivant la ligne<B>6-6</B> de la figure<B>5.</B> Les figures<B>7, 8</B> et<B>9</B> montrent une vue en plan de dispositifs destinés<B>à</B> effectuer l'accord des sections<B>à</B> cavités résonnantes et pouvant être substitués aux dispositifs d'accord<B>à</B> vis des figures<B>5</B> et<B>6.</B>
La figure<B>10</B> montre une vue en plan d'une autre forme d'exécution. La figure<B>11</B> montre une vue en coupe lon gitudinale prise suivant la ligne<B>11-11</B> de la fi gure<B>10.</B>
Les figures 12,<B>13</B> et 14 sont des vues frag mentaires en plan de sections de filtres mon trant différents dispositifs de susceptances shunt.
La figure<B>15</B> montre une vue en coupe trans versale prise suivant la ligne<B>15-15</B> de la fi gure 14.
La figure<B>16</B> montre une vue fragmentaire en plan d'un autre dispositif de susceptance pour la section de filtre.
Les figures<B>17</B> et<B>18</B> montrent des vues en coupe prises suivant la ligne<B>17-17</B> et<B>18-18</B> de la figure<B>16,</B> et la figure<B>19</B> montre une vue en plan de deux sections résonnantes directement couplées d'une autre forme d'exécution.
Si l'on se réfère aux figures<B>1</B> et 2, on voit une ligne de transmission pour ondes ultra-cour- tes du type<B>à</B> circuit impriiné comprenant un premier conducteur ou conducteur de ligne<B>1</B> et un second conducteur ou conducteur de terre 2 séparés par une couche de substance diélec trique<B>3.</B> La substance conductrice peut être ap pliquée et/ou formée ou gravée sur une cou che de substance diélectrique, par exemple du polystyrène, du polyéthylène, du poly- tétrafluoroéthylène, de la fibre de verre ou toute autre, substance appropriée de haute qualité diélectrique, sous la forme d'une peinture ou d'une encre conductrice,
ou bien la substance conductrice peut être déposée chimiquement, pulvérisée<B>à</B> travers un pochoir, ou saupoudrée sur des surfaces préparées et choisies de la substance diélectrique. L'écartement entre les deux conducteurs est choisi de préférence de manière<B>à</B> être de l'ordre d'environ<B>1/10 à</B> en viron<B>115</B> d'un quart de la longueur d'onde de Yonde ultra-courte qui se propage<B>le</B> long du dispositif.
Les figures<B>1</B> et 2 montrent que la ligne pour la transmission d'ondes ultra-courtes est pourvue d'obstacles espacés se présentant sous la forme de susceptances shunt constituées par les colonnettes 4,<B>5 ; 6, 7 ; 8, 9.</B> Les trois sec tions de cavités constituées par ces colonnettes sont indiquées comme ayant une longueur<B> 1 >,</B> les sections adjacentes étant couplées par des sections de lignes d'un quart de longueur d'onde.
La demanderesse a découvert qu'une co lonnette de<B>1,3</B> mm de diamètre disposée en relation d'interconnexion<B>à</B> travers les conduc teurs de ligne<B>1,</B> 2, dans l'axe longitudinal de la ligne, est approximativement équivalente<B>à</B> une susceptance shunt relative (c'est-à-dire par rap port<B>à</B> l'admittance caractéristique) de valeur <B>- 6,5.</B> Des valeurs plus grandes de susceptance peuvent être obtenues avec des colonnettes d'un diamètre plus grand. Cependant, un accroisse ment dans les dimensions de la colonnette s'ac compagne d'un accroissement correspondant<B>de</B> perte.
De même une plaque de substance con ductrice ou tout autre obstacle peut être disposé sur ou peut faire partie intégrante de l'un ou l'autre des conducteurs de ligne, ses extrémités pouvant être ouvertes ou court-circuitées par rapport<B>à</B> l'autre conducteur de ligne.
Au moyen de ces valeurs élevées de suscep- tance, on obtient un filtre pour ondes ultra- courtes grâce<B>à</B> un écartement approprié des- dites susceptances et, pour des résonnateurs <B>à</B> cavités multiples, ces sections de filtres peuvent être couplées directement ou en quart d'onde.
La longueur de l'écartement entre les susceptan- ces telles que celles qui sont obtenues au moyen des colonnettes 4 et<B>5,</B> par exemple, peut être obtenue au moyen du diagramme en cercle mon tré<B>à</B> la figure<B>3,</B> en considérant le fait que dans de telles lignes le rapport<B>:</B> vitesse de phase<B>/</B> vitesse de la lumière, est pratiquement cons tant avec la fréquence, c'est-à-dire que la ligne ne produit pas de dispersion.
Les deux cercles<B>10</B> et<B>11</B> montrés sur le diagramme d'admission de Smith de la figure<B>3</B> ont été basés sur des essais de susceptances <B>à</B> colonnettes simples et doubles des formes indi quées sur le dessin. On observera que la colon nette unique montrée en l0a est égale<B>à</B> deux fois le diamètre<B>de</B> chaque colonnette utilisée en I la, et que cependant le cercle<B>10</B> est plus petit que le cercle<B>11,</B> indiquant ainsi que la perte de la colonnette unique, bien que faible, est plus grande que celle des doubles colon nettes. Les valeurs correspondantes obtenues du diagramme dans ces deux essais sont montrées <B>à</B> la figure.
<B>A</B> titre d'exemple, dans une section réson nante de ligne les deux colonnettes utilisées pour former la section résonnante centrée<B>à</B> 4600 mégacycles par seconde ont été placées<B>à</B> une distance, entre les. axes desdites colonnettes, de 14,5 mm. La réponse de fréquence d'une telle cavité est montrée par la courbe<B>13</B> de la figure 4. Lorsqu'une section multiple couplée en quart d'onde telle que celle qui est montrée<B>à</B> la fi gure<B>1</B> est prévue, la courbe de réponse de fré quence est rétrécie comme indiqué par la courbe 14, assurant ainsi un filtre passe-bande étroit.
Ainsi que le montre le diagramme circulaire de la figure<B>3,</B> la perte d'insertion d'une cavité uni que<B>à</B> la fréquence centrale est d'environ 1,4 décibel dans une ligne présentant des pertes de <B>3</B> décibels par mètre. Cette valeur de 1,4<B>dé-</B> cibel a été obtenue d'un modèle<B>de</B> dispositif utilisant de la fibre de verre comme substance diélectrique présentant des pertes diélectriques importantes.
Ces pertes d'insertion peuvent ce pendant être obtenues en utilisant du diélectri que de polytétrafluoroéthylène. Ainsi qu'il res sort du diagramme circulaire, on observera éga lement que la distance entre les colonnettes 4 et<B>5</B> est assez critique et qu'une erreur de<B>0,05</B> millimètres dans la distance entre les axes des colonnettes décale la fréquence centrale de la bande passante d'environ<B>160</B> mégacycles.
Du fait que l'écartement entre les colonnet tes est critique, il est désirable de déterminer aussi exactement que possible l'emplacement des colonnettes. Après avoir déterminé de fa çon approximative l'emplacement de la colon nette, son emplacement exact peut être trouvé au moyen de la méthode suivante. Le trou de vant recevoir la colonnette est légèrement plus grand que la colonnette ou le fil conducteur qui doit être utilisé. On applique une goutte de soudure aux deux extrémités de la colonnette, l'une pour la connecter au conducteur 2 et l'au tre pour la connecter au conducteur<B>1.</B> L'em placement<B>de</B> ces soudures est indiqué en<B>15</B> et <B>16</B> sur la figure 2.
La soudure est maintenue en état de fusion au moyen d7un fer<B>à</B> souder, de manière que la position de la colonnette puisse être réglée légèrement dans le sens lon gitudinal ou latéral par rapport<B>à</B> l'axe longi tudinal de la ligne, jusqu'à ce qu#on obtienne une position optimum, après quoi on laisse la soudure se refroidir. Cette méthode pour trou ver la position de la colonnette peut être appli quée en utilisant n'importe quelle technique de mesure appropriée. Quand l'emplacement de la colonnette est déterminé par une méthode ex périmentale, il peut être reproduit<B>de,</B> façon exacte- au moyen de procédés photographiques et de la technique des circuits imprimés.
On a cependant reconnu qu'une légère va riation est toujours possible, laquelle peut alté rer la valeur de la susceptance ou l'écartement effectif de la section de cavité. En conséquence, il est désirable de prévoir certains dispositifs ad ditionnels permettant d'accorder une section ré sonnante après la fabrication du filtre. Les fi gures<B>5</B> et<B>6</B> montrent un dispositif d'accord. Ce dispositif comprend une vis d'accord<B>17</B> qui est disposée de préférence dans l'axe longitu dinal de la ligne, bien que cela ne soit pas né cessaire, pour permettre un ajustement de l'écart entre les conducteurs<B>1</B> et 2. De plus la vis<B>17</B> peut être située<B>à</B> n'importe quel endroit entre les deux obstacles.
Dans ce but<B>le</B> diélectrique<B>3</B> est pourvu d'une ouverture<B>18.</B> Lorsque le con ducteur<B>1</B> ou 2<B>à</B> travers lequel passe la vis est d'une épaisseur faible telle qu'il ne puisse four nir pour la vis une connexion filetée satisfai sante, une rondelle filetée<B>19</B> destinée<B>à</B> rece voir la vis est prévue. Si -on le désire l'ouver ture<B>18</B> ménagée dans la substance diélectrique peut être filetée.
Les figures<B>7, 8</B> et<B>9</B> montrent des variantes du dispositif d'accord pour la section résonnante du filtre. Suivant la figure<B>7</B> le conducteur de ligne la présente une section large<B>lb</B> comprise entre l'emplacement des colonnettes 4 et<B>5.</B> En supprimant des portions de la section<B>lb</B> ainsi que l'indiquent les lignes 20 et 21 on peut va- rier la longueur effective entre les axes des co lonnettes 4 et<B>5.</B> Par exemple la ligneest allon gée par un accroissement de sa largeur ou rac courcie par une diminution de sa largeur. Cet allongement et ce raccourcissement de la ligne se rapportent évidemment<B>à</B> la longueur d'onde de la ligne.
Suivant la figure<B>8</B> un effet d'accord semblable est obtenu en disposant un tronçon de conducteur 22 en travers du conducteur<B>1</B> entre les colonnettes 4 et<B>5.</B> L'accord est effec tué en déposant une goutte de soudure<B>23</B> sur le fil 22, et, tandis que la soudure est maintenue en état de fusion au moyen d'un fer<B>à</B> souder, le fil est déplacé d'une position<B>à</B> une autre jus qu'à ce qu'un accord optimum soit obtenu et on laisse alors la soudure se solidifier.
Lorsque l'emplacement exact du tronçon de conducteur est déterminé il peut être reproduit par l'impres sion d'oreilles sur le conducteur<B>1</B> comme indi qué en 24 et<B>25 à</B> la figure<B>9.</B> Si un accord plus poussé devient nécessaire, les extrémités de ces oreilles peuvent être raccourcies, comme indiqué par la ligne<B>26,</B> jusqu'à ce qu'un accord optimum soit obtenu. Si une trop grande por tion desdites oreilles a été supprimée, un com plément de substance conductrice peut être ajouté aux extrémités de celles-ci par soudure.
Si l'on se réfère aux figures<B>10</B> et<B>11</B> on voit une autre réalisation de filtre, dans laquelle chaque section résonnante est définie par qua tre colonnettes<B>27, 28, 29,</B> et<B>30.</B> Ainsi qu'il est montré, deux de ces sections résonnantes sont indiquées en<B>31</B> et<B>32</B> et elles sont couplées en quart d'onde. La section de ligne comprenant les colonnettes se compose des conducteurs<B>33</B> et 34 supportés<B>à</B> leurs extrémités par des mas ses de substance diélectrique<B>35</B> et<B>36</B> qui les maintiennent écartés l'un de l'autre. Ceci permet de ménager un espace libre dans les limites de la longueur du filtre.
Cependant cet espace rempli d'air doit présenter un écartement<B>diffé-</B> rent entre les conducteurs<B>33</B> et 34 pour réali ser une adaptation d'impédance par rapport<B>à</B> la ligne comportant les masses de diélectrique solide entre les conducteurs. Les extrémités des masses<B>35</B> et<B>36</B> sont effilées ainsi qu'il est montré en 35a et 36a de manière<B>à</B> effectuer une transition graduelle. La relation entre les deux écartements pour l'impédance adaptée peut être exprimée par
EMI0004.0003
<B>,</B> (figure <B>11)</B> où<B>-</B> représente la constante diélectri que du diélectrique solide.
Si un support ad ditionnel est nécessaire, on peut utiliser de la mousse de polyéthylène ou de polytétrafluoro- éthylène ayant presque l'unité constante diélec trique et présentant des pertes très faibles pour constituer la substance maintenant l'écartement entre les conducteurs<B>33</B> et 34. Bien que les conducteurs<B>33</B> et 34 soient montrés comme étant d'égale largeur, l'un ou l'autre peut être plus large,comme on le désire. En vue de pré voir un accord supplémentaire pour les sections résonnantes de même que pour le couplage en quart d'onde, il est prévu des vis a capacité<B>37,</B> comme indiqué.
Cette forme de section de fil tre où deux petites colonnettes telles que<B>27</B> et <B>28</B> sont utilisées en remplacement d'une colon nette unique telle que la colonnette 4 de la fi gure<B>1,</B> pour former l'un des points de suscep- tance de la ligne, présente un avantage du fait que les colonnettes plus petites produisent une susceptance équivalente<B>à</B> celle obtenue avec une colonnette plus grosse et présentent en même temps une perte totale inférieure.
Bien que le filtre des figures<B>10</B> et<B>Il</B> soit présenté comme comportant une couche d'air formant diélectri que entre les conducteurs<B>33</B> et 34, on doit com prendre que la substance diélectrique<B>35</B> et<B>36</B> peut se continuer sur toute la longueur du filtre, si on le désire.
La figure 12 montre une section résonnante<B>'</B> similaire définie par quatre colonnettes<B>38, 39,</B> 40 et 41. Les colonnettes définissant chaque susceptance sont cependant décalées l'une par rapport<B>à</B> l'autre. Ce décalage produit un retard de phase qui, dans certaines installations, peut être avantageux pour la suppression de modes de transmission indésirables. La figure<B>13</B> montre un autre dispositif pour la suppression des modes de transmission multiples dans lequel les susceptances du filtre sont formées au moyen d'une rangée de petites colonnettes comme indi qué en 42 et 43.
Lorsqu'une série de ces colon#- nettes est utilisée, on peut employer des con ducteurs plus petits que ceux qui seraient né- cessaires pour une colonnette unique donnant la même susceptance. On peut utiliser indépen damment de telles dispositions des colonnettes lorsque la suppression des modes multiples est nécessaire. De même il apparaîtra clairement<B>à</B> l'homme du métier qu'une dispersion des colon nettes le long de la ligne, soit en groupe, soit selon une forme de dispersion donnée, peut être utilisée pour produire un effet de filtre en treillis.
Les figures 14<B>à 18</B> montrent quelques unes des différentes dispositions et formes possibles des colonnettes qui peuvent être utilisées. Par exemple selon les figures 14 et<B>15</B> une section de filtre est définie par quatre colonnettes 44, 45, 46 et 47<B>de</B> forme rectangulaire. Les co lonnettes peuvent être d'épaisseur choisie afin de constituer des sections d'iris de dimensions désirées. Les sections d'iris constituées par les colonnettes 44 et 45 produisent une susceptance shunt, les colonnettes étant noyées dans le di électrique 48.
Sur les figures<B>16, 17</B> et<B>18</B> les prolongements de conducteurs se présentent sous la forme d'iris, qui, si on le désire, peu vent s'étendre sur toute la largeur des conduc teurs 49 et<B>50</B> comme l'indiquent les prolonge ments<B>51</B> et<B>52</B> de la figure<B>17.</B> Les prolonge ments<B>51</B> et<B>52</B> n'occupent pas nécessairement la largeur totale des conducteurs, leur largeur étant fonction de l'importance de la susceptance nécessaire. Le dispositif d'accord indiqué en<B>53</B> <B>à</B> la figure<B>16</B> et montré plus en détail<B>à</B> la fi gure<B>18</B> comprend les prolongements réglables 54 et<B>55,</B> un pour chacun des conducteurs 49 et <B>50.</B> Les deux prolongements 54 et<B>55</B> sont pla cés au centre de la section résonnante et sont disposés<B>à</B> l'écart l'un de l'autre.
La figure<B>19</B> montre un filtre<B>à</B> couplage di rect comprenant des sections résonnantes<B>56</B> et <B>57</B> formés par trois séries de petites colonnettes <B>58, 59</B> et<B>60.</B> Chaque section résonnante est pourvue de préférence d'une vis<B>à</B> capacité ré glable<B>61.</B> Bien que la série de colonnettes indi quée en<B>58</B> comprend trois petits conducteurs placés en dérivation<B>à</B> travers les conducteurs de ligne, une telle série pourrait être remplacée par<U>une</U> ou deux colonnettes ou même par un nombre supérieur<B>à</B> trois si on le désire.