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WO2023233352A1 - Filtre à guide d'ondes en peigne à résonateurs omnidirectionnels - Google Patents

Filtre à guide d'ondes en peigne à résonateurs omnidirectionnels Download PDF

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Publication number
WO2023233352A1
WO2023233352A1 PCT/IB2023/055638 IB2023055638W WO2023233352A1 WO 2023233352 A1 WO2023233352 A1 WO 2023233352A1 IB 2023055638 W IB2023055638 W IB 2023055638W WO 2023233352 A1 WO2023233352 A1 WO 2023233352A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
resonators
waveguide filter
resonator
main
axis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/IB2023/055638
Other languages
English (en)
Inventor
Esteban Menargues Gomez
Santiago Capdevila Cascante
Stefano SIRCI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Swissto12 SA
Original Assignee
Swissto12 SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Swissto12 SA filed Critical Swissto12 SA
Priority to US18/870,796 priority Critical patent/US20250372853A1/en
Priority to EP23735390.9A priority patent/EP4533589A1/fr
Priority to JP2024569565A priority patent/JP2025516978A/ja
Priority to CN202380042772.9A priority patent/CN119278545A/zh
Priority to IL317362A priority patent/IL317362A/en
Priority to CA3253862A priority patent/CA3253862A1/fr
Priority to KR1020247042250A priority patent/KR20250011213A/ko
Publication of WO2023233352A1 publication Critical patent/WO2023233352A1/fr
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/207—Hollow waveguide filters
    • H01P1/208—Cascaded cavities; Cascaded resonators inside a hollow waveguide structure
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    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/201—Filters for transverse electromagnetic waves
    • H01P1/205—Comb or interdigital filters; Cascaded coaxial cavities
    • H01P1/2053—Comb or interdigital filters; Cascaded coaxial cavities the coaxial cavity resonators being disposed parall to each other
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P11/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing waveguides or resonators, lines, or other devices of the waveguide type
    • H01P11/001—Manufacturing waveguides or transmission lines of the waveguide type
    • H01P11/002—Manufacturing hollow waveguides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P11/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing waveguides or resonators, lines, or other devices of the waveguide type
    • H01P11/007—Manufacturing frequency-selective devices
    • H—ELECTRICITY
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    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/12—Hollow waveguides

Definitions

  • the present invention relates to a comb waveguide filter with omnidirectional resonators obtained by additive manufacturing.
  • Radio frequency (RF) signals can propagate either in free space or in waveguide devices.
  • the waveguide of this prior art comprises a core produced by additive manufacturing by superimposing layers on top of each other.
  • This core delimits an internal channel intended for wave guidance, the section of which is determined according to the frequency of the electromagnetic signal to be transmitted.
  • the internal surface of the core is covered with a conductive metallic layer.
  • the external surface can also be covered with a conductive metallic layer which contributes in particular to the rigidity of the device.
  • Waveguide devices are used to channel RF signals or to manipulate them in the spatial or frequency domain, for example in order to form a waveguide filter.
  • the present invention relates in particular to passive waveguide filters which make it possible to filter radio frequency signals without using active electronic components.
  • Conventional waveguide filters used for radio frequency signals generally have internal openings of rectangular or circular section. The primary purpose of these filters is to remove unwanted frequencies and pass the desired frequencies with a minimum of attenuation. Attenuations greater than 100dB or even 120dB may be required for filters intended for reception and/or transmission systems in the spatial domain for example.
  • Evanescent mode filters (“evanescent mode filters”), or comb line filters (“combline filters”), are for example known. They are essentially composed of several small cavities (below the dimension corresponding to the cutoff frequency) which transmit electromagnetic energy between an input port and an output port. The successive cavities are interconnected by irises whose dimensions contribute to determining the bandwidth of the filter. Several ridges or posts allow the propagation of the fundamental mode. This type of filter is used for example for the input and output stages of satellite payloads, due to their high selectivity and their reduced mass and size.
  • An aim of the present invention is to provide a comb waveguide filter free from the limitations of known waveguide filters.
  • Another aim of the invention is to propose a comb waveguide filter suitable for additive manufacturing.
  • Another aim of the invention is to propose a more compact and less bulky comb waveguide filter.
  • Another aim of the invention is to propose a comb waveguide filter making it possible to filter larger frequency ranges.
  • a comb waveguide filter obtained by additive manufacturing of metal, comprising at least two resonators connected together by main irises, each resonator comprising a cavity provided with a first axis, each cavity being delimited in particular by a flat base extending perpendicular to the first axis, characterized in that each cavity is further delimited by a roof converging towards a single point.
  • the resonators have a roof converging towards a single point makes it possible firstly to facilitate, or even make possible, the additive manufacturing of the waveguide filter by avoiding complex overhanging portions to produce. Secondly, the fact that the roof is concentrated towards a single point makes it possible to overcome the “axial” character of traditional filters in which the geometry of the resonators is constrained in the direction of propagation of the electromagnetic signal in the filter.
  • Each roof may comprise a first lateral portion adjacent and perpendicular to the flat base and a second lateral portion converging towards the single point.
  • Each resonator can have rotational symmetry around the first axis.
  • Each plane base can be circular or polygonal with at least three sides, preferably circular, square, pentagonal, hexagonal or octagonal.
  • Each resonator may further comprise a post rising from the plane base parallel to the first axis.
  • At least one post can be formed in one piece with the flat base of a resonator.
  • the post of a resonator may have a circular or polygonal cross section with at least three sides, preferably a circular, square, pentagonal, hexagonal or octagonal cross section.
  • the post of a resonator can be helical and extend along the first axis. This configuration makes it possible in particular to increase the length of the post and therefore to allow greater adaptation of the impedance of the resonator cavity.
  • the diameter of a helical post can be variable along the first z axis.
  • the roof of at least one resonator may comprise a projecting part extending towards the inside of the cavity of the at least one resonator parallel to the first axis.
  • At least one main iris may comprise a connection portion not parallel to the planar base, the connection portion extending between two resonators connected by the at least one main iris.
  • connection portion can connect said single points of the resonators connected by said at least one main iris.
  • At least one resonator may include several main irises which are not arranged coaxially.
  • the waveguide filter may comprise at least three resonators connected consecutively by said main irises, a first and a second resonator being connected together by a secondary iris.
  • the secondary irises can have a different section from the main irises so as to filter different frequency ranges for example.
  • At least one said secondary iris may comprise a secondary connection portion extending between the resonators connected by the at least one said secondary iris.
  • the main irises of the resonators are arranged coaxially along an axis of propagation of an electromagnetic signal.
  • the waveguide filter may comprise at least four resonators, one of the at least four resonators being connected to at least three separate resonators.
  • This characteristic makes it possible in particular to obtain a filter combining the functionalities of filtering and power divider and/or polarizer for example.
  • At least one resonator may comprise a polarizer and/or a septum.
  • these aims are also achieved by means of a method of manufacturing a comb waveguide filter having at least one of the characteristics described above, the method comprising the manufacture additive of the at least two resonators and the main irises connecting the resonators.
  • Figures 1 a-1 f illustrate several possible geometries for the comb filter resonators.
  • Figure 2a illustrates a comb filter whose resonators connected together by irises have a square base and are arranged in a line.
  • Figure 2b illustrates a comb filter whose resonators connected together by irises have a square base and are arranged in a matrix.
  • Figures 3a and 3b illustrate a perspective view and a top view of a comb filter whose resonators have a circular base and are arranged in a staggered pattern.
  • Figures 4a-4e illustrate several possible geometries for a post in the cavity of a resonator with a circular base.
  • Figures 5a and 5b illustrate a profile view and a top view of a comb filter whose square-based resonators are arranged in a matrix and whose first and last resonators are connected by a secondary iris.
  • Figure 6a illustrates a top view of a comb filter comprising a resonator connected to three other resonators.
  • Figure 6b illustrates a top view of a comb filter comprising two resonators connected to three other resonators.
  • Figure 7 illustrates a side view of a resonator comprising a helical post.
  • Figure 8 illustrates a top view of a resonator comprising a helical post.
  • Figure 9 illustrates a top view of a comb filter comprising two resonators each provided with a helical post.
  • the present invention relates to a comb waveguide filter 1 obtained by additive manufacturing and comprising at least two resonators 2 interconnected by main irises 24.
  • Each resonator 2 comprises a cavity 20 delimited in particular by a flat base 21 perpendicular to a first axis z and by a roof 22.
  • the roof 22 is characterized by the fact that it converges towards a single point 23 also called zenith point. In other words, each resonator 2 is provided with a pointed roof 22.
  • Figures 1 a-1f represent examples of resonators 2 which can be implemented in a comb waveguide filter 1 according to the present invention.
  • the main irises 24 connecting the resonators are not shown in these figures.
  • the first z axis generally corresponds to the additive manufacturing direction.
  • the resonators are omnidirectional in the sense that they can be connected to other resonators in almost any direction.
  • the flexibility conferred by the geometry of the roof 22 according to the invention makes it possible, for example, to produce a comb waveguide filter whose resonators are not aligned along an axis, but can form bends. It is thus possible to greatly reduce the bulk of such filters by choosing geometries adapted to particular constraints.
  • the roof 22 of a resonator 2 can be inclined from the flat base 21 as illustrated in Figures 1a, 1c and 1e.
  • the roof 22 may comprise a first lateral portion 26 adjacent and perpendicular to the flat base 21, and a second lateral portion 27 inclined and converging towards the single point 23 as illustrated in Figures 1b, 1d and 1f.
  • the roof 22 can be designed as a pyramid having as its base the flat base 21 or as the combination of a straight prism on the flat base 21 and a pyramid arranged on the prism.
  • resonators having a roof 22 converging at a single point 23, the profile of which is not linear as in the case of a pyramid, but is for example polygonal, parabolic, hyperbolic or any other profile making additive manufacturing possible.
  • the angle formed by an inclined portion of the roof 22 with the first axis is between 10° and 60°, preferably between 25° and 50°, an angle that is too large making the additive manufacturing of the portions difficult. inclined.
  • the resonators can have at least one rotational symmetry with respect to the first axis z.
  • the resonators Preferably, have several rotational symmetries with respect to the first z axis.
  • Figures 1a and 1b show embodiments in which the roof 22 is conical or consists of a cone surmounting a cylinder. In these cases, the maximum rotational symmetry since the roof profile is obtained as a surface of revolution around the first z axis.
  • FIGS 1c and 1d illustrate embodiments in which the roof 22 is a pyramid with a square base or is constituted by a pyramid with a square base surmounting a prism itself with a square base (i.e. a parallelepiped).
  • the roof 22 is invariant under rotations around the first z axis of angles kx90°, where k is an integer.
  • FIGS 1e and 1f illustrate embodiments in which the roof 22 is a pyramid whose base is a regular hexagon or is constituted by a pyramid with a regular hexagonal base surmounting a prism with a regular hexagonal base.
  • the roof 22 is invariant under rotations around the first z axis of angles kx60°, where k is an integer.
  • the roof 22 can comprise any surface of revolution around the first axis z, as long as this results in a roof converging towards a single point 23.
  • the roof 22 can complementarily or alternatively comprise a pyramid whose the base is made up of any polygon.
  • the first side portion 26 of the roof 22 can be cylindrical. Alternatively or additionally it can comprise a right prism whose base is any polygon.
  • the plane base 21 delimiting the cavity 20 of a resonator 2 according to the invention has the same characteristics of invariance by rotation around the first z axis as the roof 22.
  • the flat base can be circular polygonal with at least three sides, preferably circular, square, pentagonal, hexagonal or octagonal. Other geometries of the flat base 21 such that an ellipse or non-convex surfaces can be considered without departing from the scope of the present invention.
  • the resonators 2 of a comb waveguide filter according to the present invention are interconnected by main irises 24. As explained below, certain resonators can be provided with secondary irises, which explains “primary” iris terminology. These main irises 24 allow the propagation of an electromagnetic wave in the filter from one resonator to another.
  • a main iris 24 can consist of an opening in the contiguous portions of the roofs.
  • the section of this opening determines the cut-off frequencies of the wave propagated between these two resonators via the main iris 24.
  • this section is adapted to the particular needs for which the filter 1 is intended.
  • the geometry of the resonators 2 requires an opening larger than the contiguous portions of the resonators.
  • the main iris 24 thus comprises an opening extending over the first lateral portion 26 of the roof 22 as well as over the second lateral portion 27.
  • a connection portion 25 extends between at least part of the two second lateral portions 27 of the two roofs 22 of the resonators connected by the main iris 24.
  • connection portions between the resonators can include inclined parts so as to facilitate, or even make possible, the additive manufacturing of the latter.
  • THE connecting portions can for example consist of a gable roof.
  • connection portions 25 can connect two roofs 22 over the entire height of the roofs or over the entire height of the second lateral portion 27 of the roofs.
  • the single points 23 of the two roofs 22 can be connected by a connection portion 25.
  • a main iris 24 connecting two such resonators comprises a connection portion 25 connecting the two resonators.
  • This connection portion can for example be a rectangular waveguide of the same section as the openings of the main iris determining the cut-off frequencies.
  • the cavities 20 of the resonators 2 can comprise a post 28 rising from the plane base 21 parallel to the first axis z.
  • the use of a post 28 in the cavity 20 makes it possible to modify the impedance of the cavity, and thus to control the resonance frequency of the circuit constituted by the cavity 20 and the main iris 24.
  • These posts 28 are distinguished from possible adjustment screws in that they do not allow the resonance frequency to be adapted or modified a posteriori. [0063] These posts 28 can be formed in one piece with the flat base 21. This embodiment is advantageous with regard to additive manufacturing since it avoids any subsequent machining for the formation of such a post.
  • the shape of these posts, and more particularly their section in a plane parallel to the flat base 21, can be adapted according to needs and according to the geometry of the roof 22.
  • the geometry of the section of a post 28 is not necessarily the same as that of the flat base 21 or that of the roof 22 of the resonator in question.
  • a resonator 2 can comprise a post 28 whose section is a right prism whose base is a circle or a polygon with at least three sides.
  • the base of the prism is circular, square, pentagonal, hexagonal or octagonal.
  • the circular geometry of the flat base 21 and the roof 22 in Figures 4a to 4e is in no way limiting and all the alternative geometries mentioned above can be produced in combination of these posts.
  • the upper face of the post may include curved or inclined parts. These curved parts are also useful when the filter is intended for high power uses.
  • the post 28 takes the form of a helix whose main direction coincides with the first axis z.
  • a helical post extends parallel to an axis, it is meant that the main direction of the helix is parallel to this said axis.
  • the pitch of the propeller that is to say the vertical distance between two consecutive points of the propeller in a plane comprising the first axis z, can be constant or variable.
  • the diameter of the propeller can also be constant or variable.
  • the diameter of the propeller decreases as a function of the height relative to the plane base 21 of the resonator 2. This configuration makes it possible in particular to adapt the external diameter of the helical post to the internal diameter of the cavity 20 of the resonator 2.
  • the surface of revolution on which the propeller is formed is a cone.
  • the surface of revolution on which the propeller rests can be an inverted cone, a cylinder, a sphere, or even a surface whose curvature is alternately positive and negative, so that the diameter of the The helix can be alternately increasing and decreasing.
  • Such a helical post 28 can be manufactured additively in one piece with the rest of the resonator. Alternatively or additionally, the helical post can be produced separately from the resonator and placed in the cavity during or after the additive manufacturing of the resonator.
  • two adjacent resonators 2 can each comprise a helical post 28.
  • the orientation, ie the winding direction of the propellers can be the same or alternatively be reversed.
  • the upper part of the cavity 20 of the resonators 2 can also be provided with projecting parts extending from the internal surface of the roof 22 towards the interior of the cavity so as to modify the impedance of the cavity. These projecting parts extend essentially parallel to the first axis. These protruding parts are integral with the resonators and are thus also to be distinguished from traditional adjustment screws which are mobile elements relative to the resonators.
  • the projecting parts are in one piece with the roof 22 of the resonator. Similar to the posts 28, the face of the projecting part opposite the roof 22 can be flat or curved according to particular needs, in particular with regard to additive manufacturing and use of the filter at high power.
  • the resonators 2 of the waveguide filter 1 may include adjustment screws allowing fine adjustments when using the filter. Unlike the posts 28, these screws are movable elements relative to the structure of the resonators and serve to make slight modifications to the impedance of the cavities 20 of the resonators.
  • one of the main advantages of the waveguide filter according to the present invention lies in the omnidirectional nature of the resonators in the sense that they can be connected together in a non-coaxial manner, c 'that is to say not necessarily along an axis.
  • Figures 3a and 3b illustrate an embodiment in which several resonators 2 are arranged non-coaxially. More precisely, a first resonator 2, for example the resonator on the left of Figure 3a, has a port 31 allowing it to receive an electromagnetic signal at the filter input. This first resonator is connected to a second resonator 2 by a main iris 24 which includes a connection portion 25. The main iris 24 is not diametrically opposed to port 31.
  • the straight lines passing on the one hand through port 31 the center of the plane base 21 and on the other hand by the center of the flat base and the main iris 24 are intersecting and form an angle between 90° and 150°.
  • the second resonator is itself also connected to a third resonator 2, furthest to the right in FIG. 3a, via a main iris 24 also comprising a connection portion 25.
  • the third resonator comprises a port 31 allowing the signal electromagnetic to exit the filter 1.
  • the angle formed by the straight lines passing on the one hand through the main iris 24 connecting the second to the third resonator the center of the plane base 21 and on the other hand through the center of the flat base and port 31 are intersecting and form an angle of between 90° and 150°.
  • the filter obtained by this arrangement of resonators therefore forms an elbow at the level of the second resonator, which in particular makes it possible to significantly reduce the total length of the filter for a given number of resonators compared to a traditional coaxial arrangement.
  • the circular geometry of the roof 22 of the resonators in this embodiment allows great freedom as to the relative placement of the resonators in relation to each other. Indeed, it is virtually possible to place a circular resonator at any position around another circular resonator thanks to their invariance by rotation around the first z axis. Thus, a very wide variety of filter geometry can be obtained by connecting the resonators in this way.
  • This secondary couplings are produced in the form of a secondary iris 29.
  • This secondary iris 29 may comprise a secondary connection portion between the two roofs 22 of the resonators connected by the secondary iris.
  • the secondary connection portions may comprise parts inclined relative to the first axis so as to facilitate their additive manufacturing.
  • a secondary connection portion 29 is illustrated in Figure 3b in which it connects a first resonator provided with an input port 31 and a third resonator provided with an output port 31.
  • the section of a secondary iris 29 may be different from the section of a main iris 24.
  • the section of a secondary iris for example rectangular (the longest side of the rectangle being placed parallel or perpendicular to the first z axis ).
  • FIGs 5a and 5b Another embodiment of a filter whose resonators are arranged in a non-coaxial manner is illustrated in Figures 5a and 5b.
  • resonators 2 designed according to the square base model are placed in a matrix, so that each resonator has at least two side faces contiguous to other resonators.
  • Main irises 24 comprising connection portions 25 connect the resonators 2 so as to form a propagation path for an electromagnetic wave in the filter 1.
  • an electromagnetic wave can for example enter the filter 1 via the port 31 of the rightmost resonator 2, then propagate 90° counterclockwise to a second resonator 2 (bottom in Figure 5b) via a main iris, then propagate 90° in the clockwise towards a third resonator 2 (on the left in Figure 5b) via a main iris, then propagate 90° clockwise towards a fourth resonator 2 (top in Figure 5b) via a main iris, and finally propagate 90° counterclockwise out of the filter through port 31 of the fourth resonator.
  • the first and the fourth resonator are additionally connected by a secondary iris 29 comprising a secondary connection portion 30.
  • the section of the secondary iris 29 differs from the section of the main irises of way to improve filtering.
  • the secondary iris 29 has a square section, one of the diagonals of which is parallel to the first z axis.
  • the waveguide filter of the present invention comprises at least four resonators, one of the resonators of which is connected to at least three distinct resonators via main irises 24.
  • Such a configuration allows in particular to obtain a filter having several branches of resonators, or in other words, a filter having for example an input port and several output ports or several input ports and an output port. It is thus possible to create comb waveguide filters having, for example, a power divider or polarizer function.
  • Figure 6a illustrates a comb waveguide filter 1 of which at least one of the resonators 2 (the third counting from the left of the figure) is connected to three other resonators.
  • the resonator 2 located to the left of the filter in Figure 6a has a port 31 for input of an electromagnetic signal into the filter and the two resonators located to the right of the filter in Figure 6a each have an output port 31 of the electromagnetic signal out of the filter.
  • Figure 6b illustrates another embodiment of the invention in which a first resonator on the left of the figure has a port 31 for inputting an electromagnetic signal into the filter 1 and propagates the signal in two resonators distinct via main irises 24.
  • a final resonator located on the right in the figure receives two electromagnetic signals via main irises and propagates them outside the filter via an output port 31.
  • At least one resonator of the filter may comprise a polarizer and/or a septum so as to divide and/or combine one or more electromagnetic signals.
  • Other standard passive RF components can also be combined with the filter without departing from the scope of the present invention.
  • the present invention also relates to a method of manufacturing a waveguide filter as described above.
  • Reference numbers used in the figures are used in the figures.

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Abstract

La présente invention concerne un filtre à guide d'ondes (1) en peigne obtenu par fabrication additive de métal, comprenant au moins deux résonateurs (2) reliés entre eux par des iris principaux (24), chaque résonateur comprenant une cavité (20) munie d'un premier axe, chaque cavité (20) étant délimitée notamment par une base plane (21) s'étendant perpendiculairement au premier axe z, caractérisé en ce que chaque cavité (20) est en outre délimitée par un toit (22) convergeant vers un unique point (23). La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un filtre à guide d'ondes en peigne tel que décrit, le procédé comprenant la fabrication additive des au moins deux résonateurs et des iris principaux reliant les résonateurs.

Description

Filtre à guide d'ondes en peigne à résonateurs omnidirectionnels
Domaine technique
[0001] La présente invention concerne un filtre à guide d'ondes en peigne à résonateurs omnidirectionnels obtenu par fabrication additive.
Etat de la technique
[0002] Les signaux radiofréquence (RF) peuvent se propager soit dans un espace libre, soit dans des dispositifs guide d'onde.
[0003] Un exemple d'un tel guide d'ondes conventionnel est décrit dans la demande de brevet WO2017208153 dont le contenu est incorporé par référence. Il est constitué par un dispositif creux, dont la forme et les proportions déterminent les caractéristiques de propagation pour une longueur d'onde donnée du signal électromagnétique. La section du canal interne de ce dispositif est rectangulaire. D'autres sections de canaux sont suggérées dans ce document, y compris des formes circulaires.
[0004] Le guide d'ondes de cet art antérieur comporte une âme réalisée par fabrication additive en superposant des couches les unes sur les autres. Cette âme délimite un canal interne destiné au guidage d'ondes, et dont la section est déterminée selon la fréquence du signal électromagnétique à transmettre. La surface interne de l'âme est recouverte d'une couche métallique conductrice. La surface externe peut aussi être recouverte d'une couche métallique conductrice qui contribue notamment à la rigidité du dispositif.
[0005] Les dispositifs à guide d'onde sont utilisés pour canaliser les signaux RF ou pour les manipuler dans le domaine spatial ou fréquentiel, par exemple afin de former un filtre à guide d'onde. La présente invention concerne en particulier les filtres à guide d'onde passifs qui permettent de filtrer des signaux radiofréquence sans utiliser de composants électroniques actifs.
[0006] Les filtres à guides d'onde classiques utilisés pour les signaux radiofréquence ont généralement des ouvertures internes de section rectangulaire ou circulaire. Le but premier de ces filtres est de supprimer les fréquences indésirables et de faire passer les fréquences désirées avec un minimum d'atténuation. Des atténuations supérieures à 100dB ou même 120dB peuvent être requises pour des filtres destinés à des système de réception et/ou d'émission dans le domaine spatial par exemple.
[0007] Des applications spatiales ou pour l'aéronautique notamment requièrent par ailleurs des filtres à guide d'ondes compacts et légers. Par conséquent, des efforts de recherche importants ont été menés afin de proposer des géométrique de filtres à guide d'onde qui permettent de satisfaire ces différents objectifs.
[0008] Des filtres en mode évanescent (« evanescent mode filters »), ou filtres à guide d'onde en peigne (« combline filters »), sont par exemple connus. Ils sont essentiellement composés de plusieurs cavités de petite dimension (-en-dessous de la dimension correspondant à la fréquence de coupure) qui transmettent l'énergie électromagnétiques entre un port de d'entrée et un port de sortie. Les cavités successives sont reliées entre elles par des iris dont les dimensions contribuent à déterminer la bande passante du filtre. Plusieurs crêtes ou poteaux permettent la propagation du mode fondamental. Ce type de filtres est utilisé par exemple pour les étages d'entrée et de sortie des charges utiles de satellites, en raison de leur sélectivité élevée et de leur masse et encombrement réduits.
[0009] Les filtres à guide d'onde en peigne conventionnels sont réalisés par usinage et assemblage de différents sous-ensembles métalliques. Ces opérations sont complexes et coûteuses. En outre, le poids des filtres ainsi réalisés est important. [0010] Par ailleurs, les géométries des filtres à guide d'ondes en peigne conventionnels sont souvent limitées car les cavité résonantes (ou résonateurs) ainsi que les iris reliant les cavités résonantes sont conçus de telle manière qu'ils doivent être disposés consécutivement le long d'un axe de propagation de l'onde électromagnétique. Cette configuration axiale rend les filtres à guide d'ondes en peigne encombrants à cause de leur longueur pouvant être importante. De plus, les plages de fréquences filtrées sont limitées par les configuration axiale puisque seules les cavités successives sont reliées des iris.
Bref résumé de l'invention
[0011] Un but de la présente invention est de proposer un filtre à guide d'onde en peigne exempt des limitations des filtres à guide d'ondes connus.
[0012] Un autre but de l'invention est de proposer un filtre à guide d'ondes en peigne adapté pour la fabrication additive.
[0013] Un autre but de l'invention est de proposer un filtre à guide d'ondes en peigne plus compact et moins encombrant.
[0014] Un autre but de l'invention est de proposer un filtre à guide d'ondes en peigne permettant de filtrer de plus grandes plages de fréquences.
[0015] Selon l'invention, ces buts sont atteints notamment au moyen d'un filtre à guide d'ondes en peigne obtenu par fabrication additive de métal, comprenant au moins deux résonateurs reliés entre eux par des iris principaux, chaque résonateur comprenant une cavité munie d'un premier axe, chaque cavité étant délimitée notamment par une base plane s'étendant perpendiculairement au premier axe, caractérisé en ce que chaque cavité est en outre délimitée par un toit convergeant vers un unique point.
[0016] Le fait que les résonateurs possèdent un toit convergeant vers un seul point permet premièrement de rendre faciliter, voire de rendre possible la fabrication additive du filtre à guide d'ondes en évitant des portions en porte-à-faux complexes à réaliser. Deuxièmement, le fait que le toit se concentre vers un seul point permet de s'affranchir du caractère « axial » des filtres traditionnels dans lesquels la géométrie des résonateurs est contrainte dans la direction de propagation du signal électromagnétique dans le filtre.
[0017] Chaque toit peut comprendre une première portion latérale adjacente et perpendiculaire à la base plane et une seconde portion latérale convergeant vers le point unique.
[0018] Chaque résonateur peut posséder une symétrie de rotation autour du premier axe.
[0019] Chaque base plane peut être circulaire ou polygonale à au moins trois côtés, préférentiellement circulaire, carrée, pentagonale, hexagonale ou octogonale.
[0020] Chaque résonateur peut comprendre en outre un poteau s'élevant depuis la base plane parallèlement au premier axe.
[0021] Au moins un poteau peut être formé d'un seul tenant avec la base plane d'un résonateur.
[0022] Le poteau d'un résonateur peut posséder une section transversale circulaire ou polygonale à au moins trois côtés, préférentiellement une section transversale circulaire, carrée, pentagonale, hexagonale ou octogonale. [0023] Avantageusement, le poteau d'un résonateur peut être hélicoïdal et s'étendre selon le premier axe. Cette configuration permet notamment d'augmenter la longueur du poteau et donc de permettre une plus grande adaptation de l'impédance de la cavité du résonateur.
[0024] Selon un mode de réalisation, le diamètre d'un poteau hélicoïdal peut être variable selon le premier axe z.
[0025] Le toit d'au moins un résonateur peut comprendre une partie saillante s'étendant vers l'intérieur de la cavité du au moins un résonateur parallèlement au premier axe.
[0026] Au moins un iris principal peut comprendre une portion de connexion non parallèle à la base plane, la portion de connexion s'étendant entre deux résonateurs reliés par le au moins un iris principal.
[0027] La portion de connexion peut relier des dits points uniques des résonateurs reliés par ledit au moins un iris principal.
[0028] Au moins un résonateur peut comporter plusieurs iris principaux qui ne sont pas disposés coaxialement.
[0029] Le filtre à guide d'ondes peut comprendre au moins trois résonateurs reliés consécutivement par des dits iris principaux, un premier et un second résonateurs étant reliés entre eux par un iris secondaire.
[0030] Ce « cross-coupling » (en français couplage croisé) de résonateurs permet d'améliorer la sélectivité du filtre par rapport à certaines plages de fréquences.
[0031] Les iris secondaires peuvent avoir une section différente des iris principaux de manière à filtrer différentes plages de fréquences par exemple. [0032] Au moins un dit iris secondaire peut comprendre une portion de connexion secondaire s'étendant entre les résonateurs reliés par le au moins un dit iris secondaire.
[0033] Les iris principaux des résonateurs sont disposés coaxialement le long d'un axe de propagation d'un signal électromagnétique.
[0034] Le filtre à guide d'ondes peut comprendre au moins quatre résonateurs, un des au moins quatre résonateurs étant relié à au moins trois résonateurs distincts.
[0035] Cette caractéristique permet notamment d'obtenir un filtre combinant les fonctionnalités de filtrage et de diviseur de puissance et/ou de polariseur par exemple.
[0036] Au moins un résonateur peut comprendre un polariseur et/ou un septum.
[0037] Selon l'invention, ces buts sont aussi atteints au moyen d'un procédé de fabrication d'un filtre à guide d'ondes en peigne possédant au moins l'une des caractéristiques décrites ci-dessus, le procédé comprenant la fabrication additive des au moins deux résonateurs et des iris principaux reliant les résonateurs.
Brève description des figures
[0038] Des exemples de mise en œuvre de l'invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles :
Les figures 1 a-1 f illustrent plusieurs géométries possibles pour les résonateurs du filtre en peigne. La figure 2a illustre un filtre en peigne dont les résonateurs reliés entre eux par des iris ont une base carrée et sont disposés en ligne.
• La figure 2b illustre un filtre en peigne dont les résonateurs reliés entre eux par des iris ont une base carré et sont disposés en matrice.
• Les figures 3a et 3b illustrent une vue en perspective et une vue de dessus d'un filtre en peigne dont les résonateurs ont une base circulaire et sont disposés en quinconce.
• Les figures 4a-4e illustrent plusieurs géométries possibles pour un poteau dans la cavité d'un résonateur à base circulaire.
• Les figures 5a et 5b illustrent une vue de profil et une vue de dessus d'un filtre en peigne dont les résonateurs à base carrée sont arrangés en matrice et dont le premier et le dernier résonateur sont reliés par un iris secondaire.
• La figure 6a illustre une vue de dessus d'un filtre en peigne comprenant un résonateur connecté à trois autres résonateurs.
• La figure 6b illustre une vue de dessus d'un filtre en peigne comprenant deux résonateurs connectés à trois autres résonateurs.
• La figure 7 illustre une vue de profil d'un résonateur comprenant un poteau hélicoïdal.
• La figure 8 illustre une vue de dessus d'un résonateur comprenant un poteau hélicoïdal. La figure 9 illustre une vue de dessus d'un filtre en peigne comprenant deux résonateurs pourvus chacun d'un poteau hélicoïdal.
Exemple(s) de mode de réalisation de l'invention
[0039] La présente invention concerne un filtre à guide d'ondes en peigne 1 obtenu par fabrication additive et comprenant au moins deux résonateurs 2 reliés entre eux par des iris principaux 24. Chaque résonateur 2 comprend une cavité 20 délimitée notamment par une base plane 21 perpendiculaire à un premier axe z et par un toit 22. Le toit 22 est caractérisé par le fait qu'il converge vers un point unique 23 appelé aussi point zénithal. En d'autres termes, chaque résonateur 2 est pourvu d'un toit 22 pointu.
[0040] Les figures 1 a-1f représentent des exemples de résonateurs 2 pouvant être mis en œuvre dans un filtre à guide d'ondes en peigne 1 selon la présente invention. Les iris principaux 24 reliant les résonateurs ne sont pas représentés sur ces figures.
[0041] Le premier axe z correspond généralement à la direction de fabrication additive.
[0042] La convergence du toit 22 de chaque résonateur 2 vers un point unique 23 permet d'éviter des faces en porte-à-faux par rapport au premier axe z qui sont difficiles voire impossibles à réaliser en fabrication additive. Par ailleurs, la réalisation d'un toit 22 convergeant en un point zénithal et non en un faîte, permet notamment d'obtenir un résonateur 2 sans direction de propagation préférentielle d'une onde électromagnétique. En effet, un toit à deux pans se rencontrant en un faîte détermine en quelque sorte la direction de propagation, alors qu'un toit selon l'invention convergeant vers un seul point permet d'avoir une plus grande marge de manœuvre en ce qui concerne le choix de la direction de propagation de l'onde dans le filtre à guide d'ondes. En d'autres termes, les résonateurs sont omnidirectionnels au sens où ils peuvent être connecté à d'autres résonateurs dans presque n'importe quelle direction. La flexibilité conférée par la géométrie du toit 22 selon l'invention permet par exemple de réaliser un filtre à guide d'ondes en peigne dont les résonateurs ne sont pas alignés le long d'un axe, mais peuvent former des coudes. Il est ainsi possible de grandement réduire l'encombrement de tels filtres en choisissant des géométries adaptées aux contraintes particulières.
[0043] Le toit 22 d'un résonateur 2 peut être incliné depuis la base plane 21 comme illustré sur les figures 1a, 1c et 1e. Alternativement, le toit 22 peut comprendre une première portion latérale 26 adjacente et perpendiculaire à la base plane 21, et une seconde portion latérale 27 inclinée et convergeant vers le point unique 23 comme illustré sur les figures 1 b, 1d et 1f. Ainsi, le toit 22 peut être conçu comme une pyramide ayant pour base la base plane 21 ou comme la combinaison d'un prisme droit sur la base plane 21 et d'une pyramide disposée sur le prisme.
[0044] D'autres modes de réalisation incluent des résonateurs ayant un toit 22 convergeant en un point unique 23, dont le profil n'est pas linéaire comme dans le cas d'une pyramide, mais est par exemple polygonal, parabolique, hyperbolique ou tout autre profil rendant une fabrication additive possible.
[0045] De manière générale, l'angle formé par une portion inclinée du toit 22 avec le premier axe est compris entre 10° et 60°, préférentiellement entre 25° et 50°, un angle trop important rendant difficile la fabrication additive des portions inclinées.
[0046] Comme illustré sur les figures 1a-1f, les résonateurs peuvent posséder au moins une symétrie de rotation par rapport au premier axe z. Préférentiellement, les résonateurs possèdent plusieurs symétries de rotation par rapport au premier axe z. [0047] Les figures 1a et 1b montrent des modes de réalisation dans lesquels le toit 22 est conique ou est constitué d'un cône surmontant un cylindre. Dans ces cas, la symétrie de rotation maximale puisque le profil du toit est obtenu comme une surface de révolution autour du premier axe z.
[0048] Les figures 1c et 1d illustrent des modes de réalisation dans lesquels le toit 22 est un pyramide à base carrée ou est constitué par une pyramide à base carrée surmontant un prisme lui-même à base carrée (i.e. un parallélépipède). Ainsi le toit 22 est invariant par des rotations autour du premier axe z d'angles kx90°, où k est un nombre entier.
[0049] Les figures 1e et 1f illustrent des modes de réalisation dans lesquels le toit 22 est une pyramide dont la base est un hexagone régulier ou est constitué par une pyramide à base hexagonale régulière surmontant un prisme à base hexagonale régulière. Ainsi le toit 22 est invariant par des rotations autour du premier axe z d'angles kx60°, où k est un nombre entier.
[0050] Plus généralement, le toit 22 peut comprendre n'importe quelle surface de révolution autour du premier axe z, pour autant que cela résulte en un toit convergeant vers un point unique 23. Le toit 22 peut complémentairement ou alternativement comprendre une pyramide dont la base est constituée par un polygone quelconque.
[0051] La première portion latérale 26 du toit 22 peut être cylindrique. Alternativement ou complémentairement elle peut comprendre un prisme droit dont la base est un polygone quelconque.
[0052] Dans un mode de réalisation préférentiel, la base plane 21 délimitant la cavité 20 d'un résonateur 2 selon l'invention possède les mêmes caractéristiques d'invariance par rotation autour du premier axe z que le toit 22. En particulier, la base plane peut être circulaire polygonale à au moins trois côtés, préférentiellement circulaire, carrée, pentagonale, hexagonale ou octogonale. D'autres géométries de la base plane 21 telle qu'une ellipse ou des surfaces non convexes peuvent être envisagées sans sortir du cadre de la présente invention.
[0053] Les résonateurs 2 d'un filtre à guide d'ondes en peigne selon la présente invention sont reliés entre eux par des iris principaux 24. Comme expliqué ci-après, certains résonateurs peuvent être pourvus d'iris secondaires, ce qui explique la terminologie d'iris « principal ». Ces iris principaux 24 permettent la propagation d'une onde électromagnétique dans le filtre d'un résonateur à l'autre.
[0054] Dans un mode de réalisation dans lequel deux résonateurs 2 consécutifs du filtre 1 possèdent une géométrie leur permettant d'être disposés l'un contre l'autre dans une proportion suffisante, c'est-à-dire qu'une portion significative du toit 22 du premier résonateur est disposée contre une portion significative du toit 22 du deuxième résonateur, un iris principal 24 peut consister en une ouverture dans les portions contigües des toits.
[0055] La section de cette ouverture détermine les fréquences de coupure de l'onde propagée entre ces deux résonateurs via l'iris principal 24. Ainsi, cette section est adaptée aux besoins particuliers auquel le filtre 1 est destiné.
[0056] Dans un autre mode de réalisation, la géométrie des résonateurs 2 nécessite qu'une ouverture plus importante que les portions contigües des résonateurs. Comme illustré sur les figures 2a et 2b, l'iris principal 24 comporte ainsi une ouverture s'étendant sur la première portion latérale 26 du toit 22 ainsi que sur la seconde portion latérale 27. Une portion de connexion 25 s'étend entre au moins une partie des deux secondes portions latérales 27 des deux toits 22 des résonateurs reliés par l'iris principal 24.
[0057] Comme illustré sur les figures 2a et 3a, les portions de connexion entre les résonateurs peuvent comprendre des parties inclinées de sorte à faciliter, voire rendre possible, la fabrication additive de ces dernières. Les portions de connexion peuvent par exemple consister en un toit à deux pans.
[0058] Dans un mode de réalisation, les portions de connexion 25 peuvent relier deux toits 22 sur la totalité de la hauteur des toits ou sur la totalité de la hauteur de la seconde portion latérale 27 des toits. Alternativement ou complémentairement, les points uniques 23 des deux toits 22 peuvent être reliés par une portion de connexion 25.
[0059] Dans un mode de réalisation non représenté, la géométrie des résonateurs 2 ne permet pas une disposition contigüe de ceux-ci. Ainsi, un iris principal 24 reliant deux tels résonateurs comprend une portion de connexion 25 reliant les deux résonateurs. Cette portion de connexion peut être par exemple un guide d'ondes rectangulaire de même section que les ouvertures de l'iris principal déterminant les fréquences de coupure.
[0060] De manière générale, la longueur, la larguer et la hauteur des iris principaux, et des portions de connexion, influencent le niveau de couplage entre deux résonateurs. Ainsi ces paramètres sont adaptés en fonction des besoins.
[0061] Comme illustré sur les figures 2a et 2b, les cavités 20 des résonateurs 2 peuvent comprendre un poteau 28 s'élevant depuis la base plane 21 parallèlement au premier axe z. L'utilisation d'un poteau 28 dans la cavité 20 permet de modifier l'impédance de la cavité, et ainsi de contrôler la fréquence de résonance du circuit constitué par la cavité 20 et l'iris principal 24.
[0062] Ces poteaux 28 se distinguent d'éventuelles vis de réglage en ce qu'ils ne permettent pas d'adapter ou de modifier la fréquence de résonance a posteriori. [0063] Ces poteaux 28 peuvent être formés d'un seul tenant avec la base plane 21. Ce mode de réalisation est avantageux en ce qui concerne la fabrication additive puisqu'elle évite tout usinage ultérieur pour la formation d'un tel poteau.
[0064] La forme de ces poteaux, et plus particulièrement leur section dans un plan parallèle à la base plane 21 peut être adaptée en fonction des besoins et en fonction de la géométrie du toit 22. La géométrie de la section d'un poteau 28 n'est pas nécessairement la même que celle de la base plane 21 ou que celle du toit 22 du résonateur en question.
[0065] Comme illustré sur les figures 4a à 4e, un résonateur 2 peut comprendre un poteau 28 dont la section est un prisme droit dont la base est un cercle ou un polygone à au moins trois côtés. De manière préférentielle, la base du prisme est circulaire, carrée, pentagonale, hexagonal ou octogonale. La géométrie circulaire de la base plane 21 et du toit 22 sur les figures 4a à 4e n'est aucunement limitative et toutes les géométries alternatives mentionnées plus haut peuvent être réalisées en combinaison de ces poteaux.
[0066] Afin de faciliter la fabrication additive d'un tel poteau 28, la face supérieure du poteau, c'est-à-dire la face opposée à la base plane 21, peut comprendre des parties courbes ou inclinées. Ces parties courbes sont aussi utiles lorsque le filtre est destiné à des usages en haute puissance.
[0067] Dans un mode de réalisation alternatif illustré sur les figures 7 à 9, le poteau 28 prend la forme d'une hélice dont la direction principale coïncide avec le premier axe z. Lorsqu'il est dit qu'un poteau hélicoïdal s'étend parallèlement à un axe, il est signifié que la direction principale de l'hélice est parallèle à ce dit axe.
[0068] L'utilisation d'un tel poteau hélicoïdal permet avantageusement l'obtention d'un poteau 28 d'une longueur supérieure à celle d'un poteau rectiligne. Cela permet notamment une plus grande adaptation de l'impédance de la cavité 20.
[0069] Le pas de l'hélice, c'est-à-dire la distance verticale entre deux points consécutifs de l'hélice dans un plan comprenant le premier axe z, peut être constant ou variable.
[0070] Le diamètre de l'hélice peut également être constant ou variable. Dans un mode de réalisation préférentiel illustré sur les figures 7 à 9, le diamètre de l'hélice décroit en fonction de la hauteur par rapport à la base plane 21 du résonateur 2. Cette configuration permet notamment d'adapter le diamètre extérieur du poteau hélicoïdal au diamètre interne de la cavité 20 du résonateur 2. La surface de révolution sur laquelle est formée l'hélice est un cône.
[0071] Cependant, dans certaines configurations ne nécessitant pas de réduction du diamètre de l'hélice, celui-ci peut être constant avec d'accroître encore la longueur totale du poteau hélicoïdal.
[0072] Alternativement ou complémentairement, la surface de révolution sur laquelle s'appuie l'hélice peut être un cône inversé, un cylindre, une sphère, voire une surface dont la courbure est alternativement positive et négative, de sorte que la diamètre de l'hélice peut être alternativement croissant et décroissant.
[0073] Un tel poteau 28 hélicoïdal peut être fabriqué additivement d'un seul tenant avec le reste du résonateur. Alternativement ou complémentairement, le poteau hélicoïdal peut être réalisé séparément du résonateur et placé dans la cavité durant ou après la fabrication additive du résonateur.
[0074] Comme illustré sur la figure 9, deux résonateurs 2 adjacents peuvent comprendre chacun un poteau 28 hélicoïdal. L'orientation, i.e. la direction d'enroulement des hélices peut être la même ou alternativement être inversée.
[0075] La partie supérieure de la cavité 20 des résonateurs 2 peut aussi être munie de parties saillantes s'étendant depuis la surface interne du toit 22 vers l'intérieur de la cavité de sorte à modifier l'impédance de la cavité. Ces parties saillantes s'étendent essentiellement parallèlement au premier axe. Ces parties saillantes sont solidaires des résonateurs et sont ainsi également à distinguer de vis de réglage traditionnelles qui sont des éléments mobiles par rapport aux résonateurs.
[0076] Dans un mode de réalisation préférentiel, les parties saillantes sont d'un seul tenant avec le toit 22 du résonateur. De manière similaire aux poteaux 28, la face de la partie saillante opposée au toit 22 peut être plane ou courbée selon les besoins particuliers, notamment au regard de la fabrication additive et d'une utilisation du filtre en haute puissance.
[0077] Les résonateurs 2 du filtre à guide d'ondes 1 peuvent comprendre des vis de réglage permettant des réglages fins lors de l'utilisation du filtre. Au contraire des poteaux 28, ces vis sont des éléments mobiles par rapport à la structure des résonateurs et servent à apporter de légères modifications de l'impédance des cavités 20 des résonateurs.
[0078] Comment mentionné plus haut, l'un des avantages principaux du filtre à guide d'ondes selon la présente invention réside dans le caractère omnidirectionnel des résonateurs dans le sens où ceux-ci peuvent être reliés entre eux de manière non coaxiale, c'est-à-dire pas nécessairement le long d'un axe.
[0079] Les figures 3a et 3b illustrent un mode de réalisation dans lequel plusieurs résonateurs 2 sont disposés de manière non coaxiale. Plus précisément, un premier résonateur 2, par exemple le résonateur à gauche de la figure 3a, possède un port 31 lui permettant de recevoir un signal électromagnétique en entrée du filtre. Ce premier résonateur est relié à un deuxième résonateur 2 par un iris principal 24 qui comprend une portion de connexion 25. L'iris principal 24 n'est pas diamétralement opposé au port 31. Les droites passant d'une part par le port 31 le centre de la base plane 21 et d'autre part par le centre de la base plane et l'iris principal 24 sont sécantes et forment un angle compris entre 90° et 150°.
[0080] Le deuxième résonateur est lui-même aussi relié à un troisième résonateur 2, le plus à droite sur la figure 3a, via un iris principal 24 comportant également une portion de connexion 25. Le troisième résonateur comprend un port 31 permettant au signal électromagnétique de sortir du filtre 1. De manière similaire, l'angle formé par les droites passant d'une part par l'iris principal 24 reliant le deuxième au troisième résonateur le centre de la base plane 21 et d'autre part par le centre de la base plane et le port 31 sont sécantes et forment un angle compris entre 90° et 150°.
[0081] Le filtre obtenu par cet agencement des résonateurs forme donc un coude au niveau du deuxième résonateur, ce qui permet notamment de réduire sensiblement la longueur totale du filtre pour un nombre donné de résonateurs par rapport à un agencement coaxial traditionnel.
[0082] La géométrie circulaire du toit 22 des résonateurs dans ce mode de réalisation permet une grande liberté quant au placement relatif des résonateurs les uns par rapport aux autres. En effet, il est virtuellement possible de placer un résonateur circulaire à n'importe quelle position autour d'un autre résonateur circulaire grâce à leur invariance par rotation autour du premier axe z. Ainsi, une très grande variété de géométrie de filtres peut être obtenue en reliant les résonateurs de cette manière.
[0083] Un autre avantage résultant du caractère omnidirectionnel des résonateurs réside dans le fait que grâce à l'introduction de « coudes » dans le filtre, certains résonateurs non consécutifs, au sens où ils ne sont pas reliés par un iris principal, peuvent être disposés très proche les uns des autres. Sur la figure 3b les deux résonateurs comprenant chacun un port 31 ne sont pas reliés par un iris principal mais sont néanmoins très proche l'un de l'autre. Il est ainsi possible d'introduire des couplages secondaires entre résonateurs non consécutifs grâce à leur proximité.
[0084] Ces couplages secondaires permettent notamment d'introduire des voies de propagation alternative pour une onde à l'intérieur du filtre. En fonction de la phase du signal, l'effet résultant de la multiplication des voies pour l'onde dans filtre peut être l'apparition de zéros de transmission dans la fonction transfert du filtre. Cela signifie que le couplage secondaire entre résonateurs non consécutifs peut être appliqué par exemple pour obtenir une réponse de phase linéaire ou pour générer des zéros de transmission finis permettant d'améliorer la sélectivité du filtre en augmentant le filtrage de certaines fréquences particulières à des endroits particuliers. Ainsi, l'introduction de zéros de transmission dans la réponse de fréquence permet de réduire le nombre de résonateurs nécessaires pour satisfaire une certaine spécification en termes de sélectivité du filtre. Il en résulte une réduction des pertes d'insertion, de la taille de l'empreinte et des coûts de fabrication.
[0085] Ces couplages secondaires sont réalisés sous la forme d'un iris secondaire 29. Cet iris secondaire 29 peut comprendre une portion de connexion secondaire entre les deux toits 22 des résonateurs reliés par l'iris secondaire. Comme dans le cas des portions de connexion, les portions de connexion secondaires peuvent comprendre des parties inclinées par rapport au premier axe de sorte à faciliter leur fabrication additive.
[0086] Une portion de connexion secondaire 29 est illustrée sur la figure 3b sur laquelle elle relie un premier résonateur muni d'un port 31 d'entrée et un troisième résonateur muni d'un port 31 de sortie.
[0087] La section d'un iris secondaire 29 peut être différente de la section d'un iris principal 24. La section d'un iris secondaire par exemple rectangulaire (le plus long côté du rectangle étant placé parallèlement ou perpendiculairement au premier axe z). [0088] Un autre mode de réalisation d'un filtre dont les résonateurs sont agencés de manière non coaxiale est illustré sur les figures 5a et 5b.
Plusieurs résonateurs 2 conçus selon le modèle à base carrée sont placés en matrice, de sorte que chaque résonateur possède au moins deux faces latérales contigües à d'autres résonateurs. Des iris principaux 24 comprenant des portions de connexions 25 relient les résonateurs 2 de manière à former un chemin de propagation d'une onde électromagnétique dans le filtre 1. Sur la figure 5b, une onde électromagnétique peut par exemple entrer dans le filtre 1 via le port 31 du résonateur 2 se trouvant le plus à droite, puis se propager à 90° dans le sens anti-horaire vers un deuxième résonateur 2 (en bas sur la figure 5b) via un iris principal, puis se propager à 90° dans le sens horaire vers un troisième résonateur 2 (à la gauche sur la figure 5b) via un iris principal, puis se propager à 90° dans le sens horaire vers un quatrième résonateur 2 (en haut sur la figure 5b) via un iris principal, et enfin se propager à 90° dans le sens anti-horaire hors du filtre par le port 31 du quatrième résonateur.
[0089] Comme illustré sur les figures 5a et 5b, le premier et le quatrième résonateur sont additionnellement reliés par un iris secondaire 29 comprenant une portion de connexion secondaire 30. La section de l'iris secondaire 29 diffère de la section des iris principaux de manière à améliorer le filtrage. Dans ce mode de réalisation, l'iris secondaire 29 possède une section carrée dont l'une des diagonales est parallèle au premier axe z.
[0090] Bien que la géométrie des résonateurs permette d'agencer le filtre de manière non coaxiale, il est néanmoins possible d'obtenir un filtre dont tous les résonateurs 2 sont alignés sur un même axe de propagation d'un signal électromagnétique, comme illustré par exemple sur la figure 2a.
[0091] Dans un mode de réalisation particulier, le filtre à guide d'ondes de la présente invention comprend au moins quatre résonateurs, dont l'un des résonateurs est relié à au moins trois résonateurs distincts via des iris principaux 24. Une telle configuration permet notamment d'obtenir un filtre ayant plusieurs embranchements de résonateurs, ou en d'autres termes, un filtre possédant par exemple un port d'entrée et plusieurs ports de sortie ou alors plusieurs ports d'entrée et un port de sortie. Il est ainsi possible de créer des filtres à guide d'ondes en peigne ayant par exemple une fonction de diviseur de puissance ou de polariseur.
[0092] La figure 6a illustre un filtre à guide d'ondes en peigne 1 dont au moins l'un des résonateurs 2 (le troisième en comptant depuis la gauche de la figure) est relié à trois autres résonateurs. Ainsi, le résonateur 2 situé à gauche du filtre sur la figure 6a possède un port 31 d'entrée d'un signal électromagnétique dans le filtre et les deux résonateurs situés à droite du filtre sur la figure 6a possède chacun un port 31 de sortie du signal électromagnétique hors du filtre.
[0093] La figure 6b illustre un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel un premier résonateur sur la gauche de la figure possède un port 31 d'entrée d'un signal électromagnétique dans le filtre 1 et propage le signal dans deux résonateurs distincts via des iris principaux 24. Un dernier résonateur situé à droite sur la figure reçoit deux signaux électromagnétiques via des iris principaux et les propage à l'extérieur du filtre via un port 31 de sortie.
[0094] Au moins un résonateur du filtre peut comprendre un polariseur et/ou un septum de manière à diviser et/ou combiner un ou plusieurs signaux électromagnétiques. D'autres composants RF passifs standards peuvent également être combiné au filtre sans sortir du cadre de la présente invention.
[0095] La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un filtre à guide d'ondes tel que décrit ci-dessus. Numéros de référence employés sur les figures
1 Filtre à guide d'ondes en peigne
2 Résonateur
20 Cavité
21 Base plane
22 Toit
23 Unique point
24 Iris principal
25 Portion de connexion
26 Première portion latérale
27 Second portion latérale
28 Poteau
29 Iris secondaire
30 Portion de connexion secondaire
31 Port coaxial
Premier axe x Axe de propagation

Claims

Revendications
1. Filtre à guide d'ondes (1) en peigne obtenu par fabrication additive de métal, comprenant au moins deux résonateurs (2) reliés entre eux par des iris principaux (24), chaque résonateur comprenant (20) une cavité munie d'un premier axe (z), chaque cavité (20) étant délimitée notamment par une base plane
(21) s'étendant perpendiculairement au premier axe (z), caractérisé en ce que chaque cavité (20) est en outre délimitée par un toit
(22) convergeant vers un unique point (23).
2. Filtre à guide d'ondes (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque toit (22) comprend une première portion latérale (26) adjacente et perpendiculaire à la base plane (21) et une seconde portion latérale (27) convergeant vers le point unique (23).
3. Filtre à guide d'ondes (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque résonateur (2) possède une symétrie de rotation autour du premier axe (z).
4. Filtre à guide d'ondes (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque base plane (21) est circulaire ou polygonale à au moins trois côtés, préférentiellement circulaire, carrée, pentagonale, hexagonale ou octogonale.
5. Filtre à guide d'ondes (21) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque résonateur (2) comprend en outre un poteau (28) s'élevant depuis la base plane (21) parallèlement au premier axe (z). 6. Filtre à guide d'ondes (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'au moins un poteau (28) est formé d'un seul tenant avec une base plane (21) d'un résonateur (2).
7. Filtre à guide d'ondes (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le poteau (28) de chaque résonateur possède une section transversale circulaire ou polygonale à au moins trois côtés, préférentiellement une section transversale circulaire, carrée, pentagonale, hexagonale ou octogonale.
8. Filtre à guide d'ondes (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le poteau (28) est hélicoïdal et s'étend selon le premier axe (z).
9. Filtre à guide d'ondes (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'un diamètre du poteau (28) est variable selon le premier axe (z).
10. Filtre à guide d'ondes (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un toit (22) d'au moins un résonateur (2) comprend une partie saillante s'étendant vers l'intérieur de la cavité (20) du au moins un résonateur parallèlement au premier axe (z).
11. Filtre à guide d'ondes (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un iris principal (24) comprend une portion de connexion (25) non parallèle à la base plane (21), la portion de connexion s'étendant entre deux résonateurs reliés par le au moins un iris principal (24).
12. Filtre à guide d'ondes (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la portion de connexion (25) relie des dits points uniques (23) des résonateurs (2) reliés par ledit au moins un iris principal 13. Filtre à guide d'ondes (1) selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'au moins un résonateur (2) comporte plusieurs iris principaux (24) qui ne sont pas disposés coaxialement.
14. Filtre à guide d'ondes (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins trois résonateurs (2) reliés consécutivement par des dits iris principaux (24), un premier et un second résonateurs (2) étant reliés entre eux par un iris secondaire (29).
15. Filtre à guide (1) d'ondes selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les iris secondaires (29) ont une section différente des iris principaux (24).
16. Filtre à guide d'ondes (1) selon l'une des revendications 13 à 14, caractérisé en ce qu'au moins un dit iris secondaire (29) comprend une portion de connexion secondaire (30) s'étendant entre les résonateurs (2) reliés par le au moins un dit iris secondaire (29).
17. Filtre à guide d'ondes (1) selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les iris principaux (24) des résonateurs (2) sont disposés coaxialement le long d'un axe de propagation (x) d'un signal électromagnétique.
18. Filtre à guide d'ondes (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins quatre résonateurs (2), un des au moins quatre résonateurs étant relié à au moins trois résonateurs distincts.
19. Filtre à guide d'ondes (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un résonateur (2) comprend un polariseur et/ou un septum. 20. Procédé de fabrication d'un filtre à guide d'ondes (1) en peigne selon l'une des revendications 1 à 19 comprenant la fabrication additive des au moins deux résonateurs (2) et des iris principaux (24) reliant les résonateurs.
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