[0001] Le domaine de l'invention est celui des dispositifs de couplage de dispositifs de
transmission de signaux dissemblables et concerne plus précisément un dispositif de
couplage magnétique entre un conducteur principal d'une ligne TEM et un guide d'ondes
formant résonateur en λg/2, λg étant la longueur d'onde guidée.
[0002] De manière connue, un résonateur hyperfréquences est constitué par un guide d'ondes
dans lequel un des axes de propagation du signal est délimité pour former un résonateur
équivalant à un multiple de λg/2. Un filtre passe-bande en technique guidée peut être
réalisé à partir d'un certain nombre de ces résonateurs, tel que représenté aux figures
1 et 2.
[0003] Les figures 1 et 2 sont respectivement des vues de dessus et en coupe d'un filtre
passe-bande connu réalisé en technologie guide d'ondes et comportant trois résonateurs
en λg/2.
[0004] Sur la figure 1, un guide d'ondes 10 comporte un premier accès constitué par une
bride de fixation 11 à un autre guide d'ondes. Le guide d'ondes 10 constitue ici un
filtre passe-bande comprenant trois résonateurs 12 à 14 en λg/2 et à couplage direct
constitués chacun par deux iris à tiges 15, 16, 17, 18 et 19, 20. Les résonateurs
12 à 14 sont tous synchrones de la fréquence centrale du filtrage passe-bande et la
fonction de transfert globale du filtre est obtenue en modifiant le couplage entre
ces différents résonateurs. Le couplage inter-résonateurs et d'accès est réglable
à l'aide de vis 41, 42, 43 et 26 formant plongeurs. Les vis 21, 22, 23 (plongeurs)
servent à régler le synchronisme des différents résonateurs. Le second accès est constitué
par une fiche de type SMA référencée 24. Cette fiche 24 est destinée à être raccordée
à un câble coaxial (ligne TEM) dont l'âme sera prolongée, à l'intérieur de la cavité,
par une pinule 25, formant antenne. La pinule 25 est isolée du guide d'ondes 10 par
un cylindre 36 en Téflon (marque déposée). Le couplage entre l'âme du câble coaxial
et le résonateur en λg/2 est complété par une vis d'accord 26 pénétrant dans la cavité
(guide) à proximité de l'extrémité libre 27 de la pinule 25, la vis d'accord 26 s'étendant
perpendiculairement à la pinule 25. Ce couplage est de type magnétique, c'est à dire
que la vis d'accord 26 se trouve sur des lignes du champ magnétique du signal véhiculé
dans la cavité. La pinule 25 et la vis d'accord forment une susceptance en 1/Lω.
[0005] L'inconvénient d'un dispositif de couplage comprenant uniquement une pinule et une
vis d'accord est qu'il existe une interaction entre le réglage du synchronisme du
résonateur 14 (réglage par le plongeur 23) et celui du couplage de sortie (réglage
de la vis 26). Les différents couplages sont alors difficiles à régler et l'optimum
ne peut être atteint que difficilement. Notamment, les couplages inter-résonateurs
ne sont pas optimaux et il s'en suit que l'équi-ondulation dans la bande passante
du filtre est atteinte avec difficulté.
[0006] De plus, il n'est dans ce cas pas possible d'obtenir des accords sur une grande plage
de fréquence. Ainsi la bande de fréquences de fonctionnement est réduite.
[0007] La présente invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients.
[0008] Plus précisément, un des objectifs de l'invention est de fournir un dispositif de
couplage magnétique entre un conducteur principal d'une ligne TEM et un guide d'ondes
formant résonateur en λg/2 où les réglages du synchronisme du résonateur 14 et de
la susceptance d'accès à la ligne TEM sont décorrélés.
[0009] Cet objectif, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, est atteint grâce
au fait que le dispositif de couplage entre la ligne TEM et le guide d'ondes formant
résonateur en λg/2 comporte également un iris réalisé autour de la pinule d'accès
et centré sur cette pinule, cet iris étant clos du côté de la paroi où est fixée la
pinule et son volume intérieur formant une zone où l'onde du champ magnétique associé
est de type évanescente, l'axe médian de la vis d'accord étant dans le plan de l'ouverture
de l'iris.
[0010] L'iris constitue alors un guide évanescent obturé et le réglage de la vis d'accord
n'a qu'une influence réduite sur le synchronisme du résonateur d'accès (d'entrée ou
de sortie).
[0011] Avantageusement, la distance séparant l'extrémité de la pinule située du côté de
la paroi et l'extrémité non libre de la vis d'accord est inférieure à λ/4, avec λ
la longueur d'onde de l'onde électromagnétique.
[0012] Le guide d'ondes utilisé peut indifféremment être de forme rectangulaire ou cylindrique.
[0013] L'invention s'applique préférentiellement au cas où le couplage magnétique est réalisé
avec une pinule raccordée à l'âme d'un câble coaxial.
[0014] Préférentiellement, la longueur de la pinule est égale à la profondeur de l'iris.
[0015] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de
la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donné à titre illustratif
et non limitatif, et des dessins annexés dans lesquels :
- les figures 1 et 2 sont respectivement des vues de dessus et en coupe d'un filtre
passe-bande connu réalisé en technologie guide d'ondes et comportant trois résonateurs
en λg/2 ;
- les figures 3 et 4 sont respectivement des vues de dessus et en coupe d'un filtre
passe-bande selon l'invention réalisé en technologie guide d'ondes et comportant également
trois résonateurs en λg/2 ;
- la figure 5 est une vue en coupe selon V-V de la figure 3, les lignes de champ magnétiques
étant représentées.
[0016] Les figures 1 et 2 ont été décrites précédemment en référence à l'état de la technique.
[0017] Les figures 3 et 4 sont respectivement des vues de dessus et en coupe d'un filtre
passe-bande selon l'invention réalisé en technologie guide d'ondes et comportant également
trois résonateurs en λg/2. Les éléments identiques à ceux des figures 1 et 2 portent
les mêmes références numériques.
[0018] Selon l'invention, le dispositif de couplage entre le conducteur principal de la
ligne TEM, par exemple constitué par l'âme d'un câble coaxial, ce câble coaxial constituant
la ligne TEM, comporte un iris réalisé autour de la pinule 25 et centré sur cette
pinule 25. L'iris est référencé 30, 31 sur la figure 3 et est constitué par deux blocs
métalliques de forme parallélépipédique. L'iris 30, 31 est clos du côté de la paroi
contre laquelle est fixée la fiche SMA 24 et son volume intérieur 32 forme une zone
où l'onde associée au champ magnétique est de type évanescente, comme il sera vu plus
précisément sur la figure 5. L'axe médian 33 (Fig.4) de la vis d'accord 26 est dans
le plan de l'ouverture de l'iris 30,31.
[0019] De même que dans l'état de la technique précité, les résonateurs 12 à 14 sont synchrones
de la fréquence centrale du filtre passe-bande et les couplages inter-résonateurs
jouent sur la fonction de transfert en fonction de la bande passante recherchée. Le
couplage entre les résonateurs élargit la bande passante du filtre.
[0020] Chaque résonateur a un coefficient de surtension propre défini par son milieu (ici
de l'air), par le volume de l'espacement entre les tiges 15 à 20, par le matériau
de surface utilisé, les imperfections de surface (aspérités, cratères,...), au poli
des surfaces réalisé, etc...
[0021] Le couplage est de type magnétique au niveau de la pinule 25 et de la vis 26. Comme
illustré sur la figure 5, qui est une vue en coupe selon V-V de la figure 3, une partie
du champ magnétique, schématisé par les lignes de champ 50, entre dans le volume 32
de l'iris et cette partie est prélevée par la pinule 25 et la vis 26. Dans ce volume,
le couplage a lieu sur un champ magnétique d'une onde associée évanescente. Le champ
magnétique à proximité de l'iris, ainsi que dans cet iris, est perpendiculaire au
dispositif de couplage.
[0022] L'iris 30, 31 est un classique iris de couplage, présentant ici la particularité
d'être clos à l'une de ses extrémités. Sa section d'entrée est ouverte, dans le plan
de l'axe médian 33 de la vis 26 et coïncide préférentiellement avec l'extrémité libre
de la pinule, référencée 27 sur la figure 4. Cela revient à dire que la longueur de
la pinule 25 est égale à la profondeur de l'iris 30, 31.
[0023] Le connecteur SMA utilisé est de type standard et présente un diamètre extérieur
de 4,15 mm, une âme de 1,27 mm de diamètre, le diélectrique utilisé étant du PTFE
(Téflon, marque déposée).
[0024] La distance séparant l'extrémité de la pinule située du côté de la paroi d'extrémité,
cette extrémité étant référencée 34 sur la figure 4 et l'extrémité non libre de la
vis d'accord, référencée 35 sur cette même figure, est inférieure à λ/4, avec λ la
longueur d'onde de l'onde électromagnétique. On a donc L1+L2 < λ/4. La distance séparant
l'extrémité libre de la vis d'accord 26 et l'extrémité 27 de la pinule est faible
et il apparaît un effet capacitif entre ces deux éléments. Cette distance, additionnée
à L1+L2, est égale à λ/4.
[0025] Le principal avantage de l'invention est qu'il existe une séparation importante entre
la cavité et le couplage de sortie. L'iris charge peu la cavité en guide d'ondes et
les réglages sont décorrélés. Plus précisément, les fonctions de translation en fréquence
du filtre et de couplage avec la ligne TEM sont décorrélées. L'équi-ondulation est
donc intrinsèquement constamment maintenue dans toute la bande et les pertes réduites.
De plus, la plage de fonctionnement en fréquences du filtre est augmentée par rapport
à l'état de la technique.
[0026] L'invention s'applique non seulement aux résonateurs rectangulaires, mais également
aux résonateurs cylindriques. Le principe reste le même, à partir du moment où le
champ est perpendiculaire au niveau de la susceptance formée par les vis de couplage.
[0027] De même, l'iris n'est pas nécessairement rectangulaire, comme représenté sur les
figures 3 et 5, et peut être de forme oblongue ou circulaire. Dans ce dernier cas,
l'iris a une forme de cylindre creux.
[0028] Sur les figures 3 à 5, l'accès selon l'invention est situé en extrémité de guide
mais cet accès peut également être réalisé sur une paroi latérale de ce guide, l'essentiel
étant qu'une onde évanescente soit présente à l'intérieur de l'iris.
[0029] Le dispositif de couplage décrit jusqu'ici a permis de réaliser un filtre passe-bande
à 5 pôles (5 résonateurs) accordé de 7600 à 8400 MHz, la bande passante du filtre
étant de 30 MHz et l'équi-ondulation réduite à 0,01 dB sur ces 30 MHz, ce qui correspond
à un ROS (Rapport d'Ondes Stationnaires) d'entrée de 1,1.
[0030] Comme indiqué précédemment, l'extrémité de la pinule 25 est idéalement située à ras
de la section d'entrée de l'iris. Cependant, il est possible de rallonger cette pinule
de sorte qu'elle pénètre dans le guide, au-delà de la section d'entrée de l'iris.
Elle joue dans ce cas un effet de rétraction électrique de la cavité et la fait monter
en fréquence (l'effet est équivalent à utiliser une cavité plus petite). Il est ainsi
possible de rattraper des dissymétries mécaniques, telles que celles citées précédemment.
[0031] Le couplage de l'invention est, de même que dans l'état de la technique, un couplage
réciproque et passif, qui peut donc être aussi bien utilisé en entrée qu'en sortie
de signal.
[0032] Par ailleurs, la ligne TEM n'est pas nécessairement constituée par un câble coaxial
et peut par exemple être constituée par une ligne micro-ruban.
[0033] L'invention s'applique préférentiellement aux filtres bande étroite, de l'ordre de
quelques dizaines de MHz de bande passante.
1. Dispositif de couplage magnétique entre un conducteur principal d'une ligne TEM et
un guide d'ondes (10) formant résonateur en λg/2 et assurant la propagation d'une
onde électromagnétique, ledit conducteur principal étant fixé contre une paroi dudit
guide d'ondes (10) et prolongé par une pinule (25) à l'intérieur dudit guide d'ondes
(10), ledit dispositif comprenant une vis d'accord (26) pénétrant dans ledit guide
d'ondes (10) à proximité de l'extrémité libre de ladite pinule (25) et s'étendant
perpendiculairement à ladite pinule (25), caractérisé en ce que ledit dispositif de
couplage comporte également un iris (30, 31) réalisé autour de ladite pinule (25)
et centré sur cette pinule (25), ledit iris (30, 31) étant clos du côté de ladite
paroi et son volume intérieur (32) formant une zone où l'onde du champ magnétique
associée est de type évanescente, et en ce que l'axe médian (33) de ladite vis d'accord
(26) est dans le plan de l'ouverture dudit iris (30, 31).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance séparant l'extrémité
(34) de ladite pinule (25) située du côté de ladite paroi et l'extrémité non libre
(35) de ladite vis d'accord (26) est inférieure à λ/4, avec λ la longueur d'onde de
ladite onde électromagnétique.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit guide
d'ondes (10) est de forme rectangulaire.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit guide
d'ondes est de forme cylindrique.
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit conducteur
principal est constitué par l'âme d'un câble coaxial, ledit câble coaxial constituant
ladite ligne TEM.
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la longueur
(L1) de ladite pinule (25) est égale à la profondeur dudit iris (30, 31).