vignette|Figure 1. Un circuit comportant plusieurs des structures de filtres décrites dans cet article. La fréquence de fonctionnement des filtres est d'environ 11 gigahertz (GHz). Ce circuit est décrit dans l'encadré ci-dessous.Tête universelleLe circuit illustré à la figure 1 est une tête universelle destiné à être fixé à une antenne parabolique de réception de télévision par satellite. On l'appelle un convertisseur de bloc parce qu'il convertit un grand nombre de canaux satellites en bloc, sans chercher à extraire un canal particulier. Même si la transmission a parcouru 22 000 miles depuis l'orbite du satellite, il y a un problème pour faire parvenir le signal sur les derniers mètres entre l'antenne parabolique et le point où il sera utilisé à l'intérieur de la propriété. La difficulté vient du fait que le signal est amené à l'intérieur de la propriété par un câble (appelé downlead) et que les hautes fréquences du signal satellite sont fortement atténuées lorsqu'elles se trouvent dans un câble plutôt qu'en espace libre. L'objectif du convertisseur de bloc est de convertir le signal satellite en une bande de fréquences beaucoup plus basse qui peut être traitée par le câble descendant et le set-top box de l'utilisateur. Les fréquences dépendent du système satellite et de la région géographique, mais ce dispositif particulier convertit un bloc de fréquences dans la bande 10,7 GHz à 11,8 GHz. La sortie qui va vers le downlead est dans la bande 950 MHz à 1950 MHz. Les deux fiches F au bas de l'appareil sont destinés à la connexion aux downleads. Deux sont prévus sur ce modèle particulier (les convertisseurs de blocs peuvent avoir un nombre quelconque de sorties à partir d'une), de sorte que deux téléviseurs ou un téléviseur et un magnétoscope peuvent être réglés sur deux canaux différents en même temps. Le cornet de réception est normalement monté dans le trou circulaire au centre de la carte, les deux sondes qui dépassent dans cet espace servent à recevoir les signaux polarisés horizontalement et verticalement respectivement et l'appareil peut être commuté entre les deux. De nombreuses structures de filtrage sont visibles dans le circuit : il y a deux exemples de filtres passe-bande à lignes couplées en parallèle qui sont là pour restreindre le signal entrant à la bande d'intérêt. La largeur relativement importante des résonateurs (comparez avec l'exemple de microbande de la figure 2, ou les filtres d'oscillateur local en dessous et à droite de l'oblong métallique central) reflète la large bande passante que le filtre doit laisser passer. Il existe également de nombreux exemples de filtres stub fournissant une polarisation continue à des transistors et autres dispositifs, le filtre étant nécessaire pour empêcher le signal de se diriger vers la source d'alimentation. Les rangées de trous dans certaines voies, appelées , ne sont pas des structures de filtrage mais font partie du boîtierBahl, p.290–293Benoit, p.44–51Lundström, p.80–82. vignette|Le circuit imprimé à l'intérieur d'un analyseur de spectre Agilent N9344C de 20 GHz montrant divers éléments de la technologie des filtres à éléments distribués en microruban. Un filtre à éléments distribués est un filtre électronique dans lequel la capacité, l'inductance et la résistance (les éléments du circuit) ne sont pas localisées dans des condensateurs, des inducteurs et des résistances discrets comme dans les filtres classiques. Son but est de laisser passer une gamme de fréquences de signaux, mais d'en bloquer d'autres. Les filtres conventionnels sont construits à partir d'inductances et de condensateurs, et les circuits ainsi construits sont décrits par le modèle à éléments localisés, qui considère que chaque élément est "localisé" à un endroit. Ce modèle est simple d'un point de vue conceptuel, mais il devient de moins en moins fiable lorsque la fréquence du signal augmente ou, de manière équivalente, lorsque la longueur d'onde diminue. Le modèle à éléments distribués s'applique à toutes les fréquences et est utilisé dans la théorie des lignes de transmission ; de nombreux composants à éléments distribués sont constitués de courtes longueurs de lignes de transmission. Dans la vision distribuée des circuits, les éléments sont répartis sur la longueur des conducteurs et sont inextricablement mélangés. La conception d'un filtre ne concerne généralement que l'inductance et la capacité, mais en raison de ce mélange d'éléments, ils ne peuvent pas être traités comme des condensateurs et des inductances "localisés" séparés. Il n'existe pas de fréquence précise au-dessus de laquelle les filtres à éléments distribués doivent être utilisés, mais ils sont surtout associés à la bande des micro-ondes (longueur d'onde inférieure à un mètre).
Les filtres à éléments distribués sont utilisés dans de nombreuses applications similaires à celles des filtres à éléments localisés, telles que la sélectivité du canal radio, la de bruit et le multiplexage de nombreux signaux sur un canal. Les filtres à éléments distribués peuvent être construits pour avoir n'importe laquelle des formes de bande possibles avec des éléments localisés (passe-bas, passe-bande, etc.), à l'exception du passe-haut, qui n'est généralement qu'approximatif. Toutes les classes de filtres utilisées dans les conceptions à éléments localisés (Butterworth, Tchebychev, etc.) peuvent être mises en œuvre en utilisant une approche à éléments distribués.
Il existe de nombreuses formes de composants utilisés pour construire des filtres à éléments distribués, mais tous ont la propriété commune de provoquer une sur la ligne de transmission. Ces discontinuités présentent une impédance réactive à un front d'onde se déplaçant le long de la ligne, et ces réactances peuvent être choisies par conception pour servir d'approximations pour des inducteurs, des condensateurs ou des résonateurs localisés, selon les besoins du filtreConnor, p.13–14.
Le développement des filtres à éléments distribués a été stimulé par les besoins militaires en matière de radar et de contre-mesures électroniques pendant la Seconde Guerre mondiale. Des filtres analogiques à éléments groupés avaient été développés depuis longtemps, mais ces nouveaux systèmes militaires fonctionnaient à des fréquences micro-ondes et de nouvelles conceptions de filtres étaient nécessaires. À la fin de la guerre, la technologie a trouvé des applications dans les liaisons hyperfréquences utilisées par les compagnies de téléphone et d'autres organisations disposant de vastes réseaux de communication fixes, comme les diffuseurs de télévision. Aujourd'hui, on retrouve cette technologie dans plusieurs produits de consommation de masse, tels que les convertisseurs (la figure 1 en donne un exemple) utilisés avec les antennes de télévision par satellite.
Remarques générales alt=Photograph|gauche|vignette|Figure 2. Un filtre à lignes parallèles couplées en construction microruban.
Le symbole λ est utilisé pour signifier la longueur d'onde du signal transmis sur la ligne ou une section de ligne de cette longueur électrique.
Les filtres à éléments distribués sont principalement utilisés à des fréquences supérieures à la bande VHF (très haute fréquence) (30 à 300 MHz). À ces fréquences, la longueur physique des composants passifs représente une fraction significative de la longueur d'onde de la fréquence de fonctionnement, et il devient difficile d'utiliser le modèle classique à éléments localisés. Le moment exact où la modélisation à éléments distribués devient nécessaire dépend de la conception particulière considérée. Une règle empirique commune consiste à appliquer la modélisation à éléments distribués lorsque les dimensions des composants sont supérieures à 0,1λ. La miniaturisation croissante de l'électronique signifie que les circuits deviennent de plus en plus petits par rapport à λ. Les fréquences au-delà desquelles une approche à éléments distribués de la conception de filtres devient nécessaire sont de plus en plus élevées en raison de ces progrès. D'autre part, les dimensions des structures d'antennes sont généralement comparables à λ dans toutes les bandes de fréquences et nécessitent le modèle à éléments distribuésGolio, p.1.2–1.3,4.4–4.5..
La différence de comportement la plus notable entre un filtre à éléments distribués et son approximation à éléments localisés est que le premier aura de multiples répliques de la bande passante du à éléments localisés, car les caractéristiques de transfert des lignes de transmission se répètent à intervalles harmoniques. Ces bandes passantes parasites sont indésirables dans la plupart des casMatthaei et al., p.17–18.
Pour la clarté de la présentation, les diagrammes de cet article sont dessinés avec les composants utilisés dans le format de . Cela ne signifie pas qu'il s'agit d'une préférence de l'industrie, bien que les formats de lignes de transmission planaires (c'est-à-dire les formats où les conducteurs sont constitués de bandes plates) soient populaires parce qu'ils peuvent être mis en œuvre à l'aide des techniques établies de fabrication de circuits imprimés. Les structures présentées peuvent également être mises en œuvre à l'aide de techniques de lignes microrubans ou de lignes à bandes enterrées (avec des ajustements appropriés des dimensions) et peuvent être adaptées aux câbles coaxiaux, aux lignes bifilaires et aux guides d'ondes, bien que certaines structures conviennent mieux à certaines mises en œuvre qu'à d'autres. Les mises en œuvre en fil ouvert, par exemple, d'un certain nombre de structures sont illustrées dans la deuxième colonne de la figure 3 et des équivalents en fil ouvert peuvent être trouvés pour la plupart des autres structures de lignes striplines. Les lignes de transmission planaires sont également utilisées dans la conception de circuits intégrés Rogers et al., p.129.
Histoire Le développement des filtres à éléments distribués a commencé dans les années précédant la Seconde Guerre mondiale. Warren P. Mason a fondé le domaine des Thurston, p. 570. Un article majeur sur le sujet a été publié par Mason et Sykes en 1937Mason and Sykes, 1937. Mason avait déposé un brevetMason, Warren P., "Wave filter", , émission : 1927, publication : 11 novembre 1930. bien plus tôt, en 1927, et ce brevet contient peut-être la première conception électrique publiée qui s'éloigne de l'analyse par éléments localisésFagen and Millman, p.108. Les travaux de Mason et Sykes étaient axés sur les formats de câbles coaxiaux et de paires de fils équilibrés - les technologies planaires n'étaient pas encore utilisées. Les technologies planaires n'étaient pas encore utilisées. De nombreux développements ont été effectués pendant les années de guerre pour répondre aux besoins de filtrage des radars et des contre-mesures électroniques. Une grande partie de ces travaux ont été réalisés au MIT Radiation LaboratoryRagan, 1965, mais d'autres laboratoires aux États-Unis et au Royaume-Uni ont également été impliquésMakimoto and Yamashita, p.2Levy and Cohn, p.1055.
Certaines avancées importantes dans la théorie des réseaux étaient nécessaires avant que les filtres ne puissent aller au-delà des conceptions de la guerre. L'une d'entre elles était la théorie des lignes commensurables de Richards, 1948. Les lignes commensurables sont des réseaux dans lesquels tous les éléments ont la même longueur (ou dans certains cas des multiples de la longueur unitaire), bien qu'ils puissent différer dans d'autres dimensions pour donner des impédances caractéristiques différentes. La permet de prendre une conception à éléments localisés "telle quelle" et de la transformer directement en une conception à éléments distribués en utilisant une équation de transformation très simpleLevy and Cohn, p.1056.