Brevet FR2096860A1 — publié le 19720303

La présente invention concerne des dispositifs d'adaptation,appelés parfois dispositifs d'attaque, disposés entre un guide d'ondes circulaire, dans lequel la propagation d'une onde hyperfréquence est faite selon le mode TMol, et une ligne ou un guide d'ondes co- axial, (propagation selon le mode TEM) comportant une petite tige métallique conductrice axiale prolongeant le conducteur central de la partie coaxiale du dispositif et pénétrant dans le guide d'ondes circulaire selon son axe. On sait que les guides d'ondes circulaires, dont la fabrication est plus économique que celle des guides d'ondes rectangulaires, sont avantageux à utiliser, mais il n'en est pas moins nécessaire de les raccorder, à une au moins de leurs extrémités, à l'aide de lignes de longueur limitée permettant de les coupler, par exemple, à ltentrée d'un dispositif récepteur selon des modalités de mise en oeuvre incompatibles avec l'utilisation de guides rigides. En pareil cas, et bien qui il en résulte quelques pertes supplémentaires, on a généralement recours à une ligne de propagation constituée par une longueur limitée de cabale coaxial. Il est donc intéressant d'avoir une transition aussi favorable que possible entre un guide circulaire dans lequel se propage une onde haute fréquence à symétrie de révolution, par exemple selon le mode TMol et un élément de guide ou de ligne coaxiale pouvant notamment être constitué par un élément de connecteur pour ligne coaxiale, élément dans lequel l'énergie à haute fréquence se propagera sous la forme d'une onde TEM, également appelée-"onde coaxiale110 On sait qu'une petite antenne axiale disposée à l'entrée d'un guide d'ondes circulaire excite ce guide selon le mode TMol lorsqu'elle est parcourue par un courant haute fréquence convenable,et qu'ut tel mode de fonctionnement est réversible.Une telle disposition est, par exemple, citée dans l'ouvrage de Monsieur R. RIGAL intitulé " LES HYPERPREQUENCES" ,aux Editions EYROLLES (page 135 du tome I de l'édition de 1950). Un tel dispositif d'attaque procure un certain degré de conversion de l'énergie hyperfréquence amenée selon un premier mode de propagation en énergie hyperfréquence se propageant selon un second mode, mais le rendement en est plutôt bas, les adaptations dimpé dance difficiles à réaliser et la bande de fréquences dans le cadre de laquelle ce dispositif très simple peut & re utilisé est très limitée. Un des buts de l'invention est de procurer un dispositif assurant une conversion ameliorée d'une onde circulaire en une onde coaxiale, ou vice-versa, utilisable dans une bande de fréquences suffisamment large pour ne pas obliger à utiliser une multiplicité de dispositifs d'adaptation pour couvrir une bande de, par exemple, 1 000 NE. L'invention est basée sur la considération que l'introduction, entre la petite tige métallique de couplage et le guide circulaire, d'une pièce en matériau diélectrique utilisée dans une certaine mesure à la façon d'une antenne diélectrique procurant un épanouissement dans le guide d'ondes rayonnées par la petite tige métallique de couplage ou , inversement, la collecte et la concentration sur la tige métallique d'ondes se propageant dans le guide, en améliore l'adaptation des impédances et la transmission sans réflexions indésirables de l'énergie à hyperfréquence. Selon l'invention les dispositifs d'adaptation, appelés parfois dispositifs d'attaque, disposés entre un guide d'ondes circulaire , dans lequel la propagation d'une onde hyperfréquence est faite selon le mode Mols et une ligne ou un guide d'ondes coaxial, (propagation selon le mode TEM), comportant une petite tige métallique conductrice axiale prolongeant le conducteur central de la partie coaxiale du dispositif et pénétrant dans le guide d'ondes circulaire selon son axe sont notamment remarquables en ce que la petite tige métallique conductrice prolongeant le conducteur central de la partie coaxiale est coiffée par le sommet d'une pièce de révolution faite en un matériau diélectrique et dont le diamètre à l'extrémité opposée à ladite tige est supérieur au diamètre moyen de la partie coiffant la tige précitée. De préférence, le flanc de la pièce diélectrique de révolution est concave et, à son sommet, une droite tangente à la courbe génératrice du flanc est presque parallèle à l'a2e, tandis que vers la base de ladite pièce, la croissance du diamètre est rapide (variation de diamètre à caractère exponentiel). La mise en oeuvre des dispositifs d'adaptation selon l'invention permet d'obtenir un couplage plus serré entre le guide circulaire et le guide coaxial, une adaptation meilleure des impédances et une réduction des ondes réfléchies dans une large bande de fréquences0 La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de bien comprendre comment l'invention peut Btre réalisée. La figure 1 est une vue en coupe partielle d'un exemple de forme de réalisation d'un dispositif d'adaptation selon l'invention. La figure 2 est une vue cotée, en élévation et en coupe, d'un exemple de réalisation du sous-ensemble constitué par la partie de la petite tige métallique axiale pénétrant dans le guide circulaire et par la pièce diélectrique qui la complète. Le dispositif représenté sur la figure 1 est constitué par une extrémité 11 de guide circulaire, close par un fond plan 12 supportant une partie extérieure 13 appartenant à un guide coaxial 14 concentrique au guide circulaire 11. lie guide coaxial 14 est muni d'un conducteur central 15 supporté, selon l'exemple représenté, par une pièce diélectrique 16. À l'intérieur du guide circulaire 11, le conducteur central 15 du guide coaxial 14 est prolongé par une tige cylindrique 17 pénétrant dans le guide circulaire 11 selon son axe. Une pièce diélectrique de révolution 18 est montée sur la tige cylindrique 17. Selon l'exemple représenté, le diamètre de la pièce 18 est relativement faible pour la partie emmanchée sur la tige 17 et va en croissant rapidement lorsque l'on approche de la base de la pièce 18 au niveau de laquelle le diamètre considéré est légèrement inférieur au diamètre intérieur du guide 11. La pièce 18 comporte, sur toute sa longueur, un trou axial 19 dont le diamètre est ajusté de façon à permettre la mise en place à frottement dur de la pièce 18 sur la tige 17. Sur la figure 2, sont indiquées, à titre d'exemple, les dimensions de la partie de la pièce 17 pénétrant dans le guide 11 et les dimensions de la pièce 18 dans le cas d'un dispositif d'adaptation utilisé entre 11,7 GRz et 12,7 GHz, le diamètre intérieur du guide 11 étant égal à 20 millimètres. Le matériau de la pièce 18 est un méthacrylate de méthyle dont le pouvoir inducteur spécifique rela* tif par rapport à l'air est d'environ 2,5 à une fréquence de l'ordre de 12 à 12,5 GHz. A la fréquence moyenne de travail du dispositif considéré, soit 12,2 GHz, la longueur d'onde dans l'air A o des ondes électromagnétiques correspondantes est de 2,46 cm et la longueur de la tige 17 pénétrant dans le guide 11 et dans la pièce 18 (4 mm) est un peu inférieure à : A o et voisine de A o , le dia- 4 6 mètre de la tige 17 ( 2 mm) étant voisin de o 12 Le diamètre de la pièce 18 est égal à 3,5 mm à son extrémité gauche et varie peu jusqu'à la mi-longueur de la pièce oùil est égal à 4,25 mm; il croit ensuite rapidement pour atteindre 15 inin à l'extrémité droite de la pièce. L'exemple de réalisation dont les dimensions sont indiquées sur la figure 2 a donné toute satisfaction en permettant d'obtenir une adaptation ne donnant pas lieu à des réflexions indésirables dans une bande de fréquence de 1 000 NHz allant de 11,7 GE2 à 12,7 GEz; la courbe de transmission obtenue ne montrait aucune des irrégularités que provoquaient d'autres dispositifs d'adaptation, ce qui prouvait bien que le taux d'ondes stationnaires était très bas et sensiblement uniforme. I1 est difficile de préciser mieux que par cet exemple le profil à donner à la pièce 18, ce qui ne saurait étonner l'homme de l'art car on sait qu'il n'est guère possible de prévoir par le rsSanne- ment et par le calcul les dimensions qui conviennent pour les dispositifs d'adaptation permettant de passer dans de bonnes conditions d'un guide d'ondes à un autre guide d'ondes et d'un mode de propagation à un autre mode de propagation. Les dimensions et les proportions de la pièce 18 dans le cas de cet exemple peuvent permettre d'en déduire les dimensions susceptibles de convenir pour d'autres guides et à d'autres fréquences. Les résultats expérimentaux observés avec des pièces 18 dont le trou central 19 avait été foré sur une profondeur Juste nécessaire à l'emmanchement sur la pièce 17 ont été, dans l'ensemble, un peu moins bons que ceux observés avec des pièces S8 identiques à celle représentée sur les figures 1 et 2. Une variation de diamètre de la pièce 18, à allnre exponentiel- le comme montré sur la figure 2, semble autre la disposition la plus favorable pour obtenir une bonne adaptation d' pedsuces et un taur minimal d'ondes stationnaires. La longueur totale de la pièce 18 selon son axe de révolution dépend de la valeur de la fréquence la plus élevée à tran3nettre et de la longueur d'onde correspondante : lorsque des reflenoas indesirables apparaissent dans la. partie haute de la bande à transmet- tre, il y a lieu de diminuer la longueur de la pièce 18. fl est bien évident que tous les matériaux diélectriques n'ayant pas des pertes trop élevées aux fréquences de travail des dispositifs d'adaptation, et un pouvoir inducteur spécifique au moins double de celui de l'air, peuvent être utilisés pour confectionner la pièce 18 : polystyrènes connus sous l'appellation commerciale 't2ROLITUL' , polycarbonates, polyoléfines, méthacrylate de méthyle, notamment. REVENDICATIONS 1.- Dispositifs d'adaptation, appelés parfois dispositifs d'attaque, disposés entre un guide d'ondes circulaire, dans lequel la propagation d'une onde hyperfréquence est faite selon le mode et une ligne ou un guide d'ondes coaxial (propagation selon le mode TEM), comportant une petite tige métallique conductrice axiale prolongeant le conducteur central de la partie coaxiale du dispositif et pénétrant dans le guide d'ondes circulaire selon son axe, caractérisés en ce que la petite tige métallique circulaire prolongeant le conducteur central de la partie coaxiale est coiffée par le sommet d'une pièce de révolution faite en un matériau diélectrique et dont le diamètre à l'extrémité opposée à ladite tige est supérieur au diamètre moyen de la partie coiffant la tige précitées 2.- Dispositifs selon la revendication 1, caractérisés en ce que le flanc de la pièce diélectrique de révolution est concave et que, au sommet de ladite pièce, une droite tangente à la courbe génératrice du flanc est presque parallèle à l'axe tandis que,vers la base de ladite pièce, la croissance du diamètre est rapide, 3o- Dispositifs selon les revendications 1 et 2, caractérisés en ce que la variation du diamètre de la pièce diélectrique de révolution est à caractère exponentiel.