Enseignement IUP STRI / 3 ème Année Filtrage

Transcription

1 Enseignement IUP STRI / 3 ème Année Filtrage Ph. Guillot Réalisations Guide micro-ruban Résonateur

2 Plan du cours 1. Spécifications (théorie / documentations techniques) 2. Filtrage et réalisations Eléments passifs Dispositif de détection Filtres Technologie guide d ondes rectangulaire Technologie ligne microstrip Technologie résonateur diélectrique

3 Spécifications générales des éléments passifs Bilan de puissance de l élément passif caractérisé. Pin Elément passif Pout Pr Signaux transmis réfléchis et à la matrice S (S21 et S11)

4 Spécifications générales des éléments passifs Bilan de puissance de l élément passif caractérisé. Caractéristique Définition Unité Insertion loss 10 log(pout/pin) = 20 log IS21I * db Return loss 10 log(pr/pin) = 20 logiγi= 20 log IS11I db Dissipation loss Formules empiriques (pertes conductrices effet Joule) * S21 : atténuation (alpha) db En général : caractéristiques fournies en fonction de la fréquence (mesurées à l analyseur de réseau)

5 Exemple Principe du circulateur Isolateur Déterminer les paramètres S * S11 (db)? Return loss * S21 (db)? Insertion loss * Isolation?

6 Exemple Frequency Range: 33 to 50 GHz Maximum SWR: 1.4 Maximum Insertion Loss: 1.6 db Minimum Isolation: 25 db Minimum Input Power: 1.5 W, average Waveguide1 Designator EIA: WR-22 MIL-W-85/: 3-010

7 Schéma du banc de mesure par comparaison du coefficient de réflexion d un objet. Mesure module : Analyseur scalaire Circulateur Antenne Déphaseur variable Atténuateur variable Générateur Isolateur Ampli Coupleur Té Mesure Atténuateur fixe Sphère de calibration Antenne Objet Circulateur

8 Caractéristiques des filtres HF Fo : fréquence centrale ( 1 GHz) BWp : bande passante (10 MHz) IL : insertion loss ( 1 db) AR : ripple ( 0.1 db) REJ : rejection ( 30 db) GDR : groupe delay ripple ns (retard d un groupe d onde en fonction de la fréquence, distorsion)

9 Guide d ondes rectangulaire Présentation du guide Les modes TE et TM Fréquence de coupure Longueur d onde guidée Comparaison BF /HF b Schémas équivalents Filtre (rectangulaire) Filtre (circulaire) Multiplexeur a

10 Les propriétés 1. Transfert de puissance très bon 2. Faibles pertes (surface argentée) 3. Pas de problème de CEM 4. Encombrement élevé 5. Transport de puissance, filtrage, antennes OMUX, IMUX, Radars

11 Les modes TE et TM 1. Equations de Maxwell 2. Equation de propagation 3. Conditions aux limites 4. Solutions de deux types TE (m,n) : transverse électrique TM (m,n) : transverse magnétique

12 Fréquence et longueur d onde de coupure a b = b n a m c F F r c ε Propagation si : = b n a m λ c λ

13 Longueur d onde guidée Soit λ la longueur d onde en espace libre λ = c F Dans un guide d onde, la longueur d onde de l onde qui se propage est différente de λ : 1 λ = λ g λ c

14 Application Soit un guide rectangulaire WR90 : a=22.86mm et b=10.16mm Voici les fréquences de coupure des différents modes (GHz) : n 0 m Utilisation monomode, comportement d un filtre passe-bande!

15 Les standards

16 Différence BF / HF Electronique classique fréquence Guides Fc1 Fc2 Fc3 Passe-bande

17 Obstacle capacitif Les différents obstacles Obstacle inductif (très utilisé) Autres types

18 Cavité pour filtrage en guide d ondes Iris selfiques 1. (a,b) fixés par la bande passante du guide en mode fondamental 2. l longueur de la cavité représentée par la longueur de la ligne 3. d dimension de l iris selfique l a d

19 Calcul de la matrice chaîne Quadripôle symétrique sans perte : A=D et AD-BC=1 Attention aux paramètres intervenant dans jb et dans θ=βl

20 Coefficient d atténuation Fréquence centrale : α = 0 c est à dire B=C Généralement la fréquence est réglée par l iris Largeur de bande : α = 3dB c est à dire (B-C) 2 = 2, deux racines, donc deux solutions en θ, donc deux fréquences à -3dB. La largeur de bande dépend des mêmes paramètres que la fréquence centrale

21 Vis de réglage La vis permet d ajuster la fréquence centrale La bande de fréquence suit le réglage de la fréquence centrale La position des vis est très importante (choix effectué à partir des lignes de champs du mode fondamental)

22 WR mm / 3.55 mm Filtre à iris inductifs

23 Design Waveguide Bandpass Filters R. M. Kurzok Microwaves and RF April Analysis of filter specifications (electrical, mechanical, environmental and cost) 2. Determination of a compliant filter response shape 3. Selection of an appropriate filter structure 4. Computation of filter-coupling parameters and resonators lengths 5. Determination of applicable filter fabrication methods 6. Preparation of filter-shop drawings through manual or AutoCAD 7. Fabrication of prototype filter in model shop or by external vendor 8. Assembly, alignment, and test of prototype filter 9. Record data and modify/recycle (if necessary)

24

25

26 Cavités circulaires Il s agit généralement de cavités multimodes. La fréquence centrale est reliée pour chaque mode au diamètre et à la longueur de la cavité.

27 Multiplexeur

28 Filtre passe bande de fréquence 9 GHz b1 et b2 sont donnés par la synthèse A F=9 GHz : standard WR90 a=22.86mm et b=10.16mm La longueur d onde en espace libre est c/f En mode fondamental, la longueur d onde de coupure est (2a) On en déduit la longueur d onde guidée 1 λ 2 = λ g λ c Choisir le guide (a,b) et calculer d1 et d2 et la distance entre les iris inductifs. d1 et d2 sont déduits à partir de : Pour la distance, on prend généralement : β.distance = m.π avec β=2π /λ g