Brevet FR2113962A1 — publié le 19720630

4063S 1 2113962 La présente invention concerne un convertisseur de polarisation pour micro-ondes, une onde à polarisation linéaire étant injectée dans un guide d'ondes. Des convertisseurs de polarisation sont généralement utilisées en 5 hyperfréquences pour une convertir une onde à polarisation linéaire en onde à polarisation elliptique ou circulaire. La conversion inverse est également possible. Un cas techniquement très important est celui de la production d'ondes à polarisation circulaire. Ces dernières sont essentiellement utilisées dans la technique du radar et pour la transmission 10 d'informations à l'aide de satellites terrestres. Il est possible de représenter une onde à polarisation circulaire par deux ondes orthogonales de même amplitude et déphasées de 90°. Dans la plupart des polariseurs circulaires courants, deux ondes orthogonales sont injectées en phase dans un guide d'ondes permettant une double pola-15 risation. Une structure à retard, située à l'intérieur du guide, retarde une onde de 90° afin de produire cette différence de phase. Tous ces dispositifs présentent l'inconvénient d'exiger un élément pour diviser une onde à polarisation linéaire en deux ondes orthogonales. L'invention a pour objet de créer des moyens réduisant l'appareillage nécessaire à la conver-20 sion de polarisation. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le convertisseur de polarisation est constitué par un guide d'ondes qui n'admet que deux ondes orthogonales indépendantes et comprend des moyens de couplage. De tels guides d'ondes, admettant deux ondes orthogonales indépendantes, ont 25 soit une section carrée ou cruciforme, soit des nervures longitudinales sur leurs parois internes. Une polarisation dans un guide d'ondes peut s'effectuer à l'aide d'éléments de couplage concentriques, tels que broches de couplage, circuits coaxiaux X/4. broches de couplage disposées sur un arbre tournant suivant 30 l'axe du guide d'ondes ou broches de couplage diélectriques, fixées sur le guide d'ondes, perpendiculairement à son axe. Des diaphragmes de couplage, disposés en diagonale et de forme variable selon besoin, produisent aussi une conversion de la polarisation. Des moyens de couplage répartis sont constitués par des nervures disposées le long du bord interne du 35 guide d'ondes. Ce dernier, de forme rhombique sur sa longueur de couplage, agit en convertisseur de polarisation. Une plaque diélectrique disposée en diagonale agit aussi en convertisseur de polarisation, notamment quand 40633 2 2113962 elle comporte des évidements en queue d'aronde sur ses côtés suivant la diagonale. La théorie des coupleurs directionnels indique que le couplage de deux ondes à même constante de phase entre l'onde excitatrice et l'onde couplée produit un déphasage de 90° dans des conditions déterminées. L'application de ce principe de couplage à un guide d'ondes à double polarisation, n'admettant que. deux ondes orthogonales indépendantes, permet de produire simplement une onde circulaire par injection d'une onde à polarisation linéaire, avec une atténuation par couplage de 3 dB. Toute atténuation par couplage a différant de 3 dB et de 0 dB produit alors une onde à polarisation elliptique, dont le rapport des axes se calcule facilement à partir de l'atténuation par couplage. Une atténuation par couplage de 0 dB produit de nouveau une onde à polarisation linéaire, déphasée de 90° dans l'espace par rapport à l'onde injectée. Cette solution correspond pour les guides d'ondes à double polarisation à un dispositif de rotation de polarisation de 90°, qui est ainsi réalisable d'une façon extrêmement simple et qui ne peut être obtenue autrement qu'avec un appareillage beaucoup plus important. Le couplage des deux ondes dans le convertisseur de polarisation peut être réparti le long du polariseur ou s'effectuer en des points concentrés. Un couplage est réparti quand il s'effectue sur un long tronçon du guide d'ondes, comme dans un coupleur à fentes. On distingue en outre une distribution constante sur cette longueur, par opposition à un couplage à distribution fonctionnelle, telle que le couplage est faible au début de la longueur de couplage, croît jusqu'à un maximum au milieu de cette longueur, puis diminue de nouveau jusqu'à l'extrémité (conicité). Ce dernier type de couplage permet d'obtenir de meilleures propriétés directives et adaptations que le couplage constant. Cette conicité du couplage est aussi applicable à des éléments de couplage concentriques, une distance de X/4 étant avantageusement adoptée entre ces divers éléments. Le dispositif de couplage est réalisé de préférence de façon que l'onde couplée ne présente pratiquement qu'une composante mobile. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous de quelques exemples de réalisation et du dessin annexé sur lequel : les figures la à Id représentent diverses sections de guides d'ondes; les figures 2a à 2d représentent diverses sections de guides d'ondes avec 71 40638 3 2113962 des éléments de couplage concentré; les figures 3a à 3c représentent diverses sections de guidesd1ondes avec des diaphragmes de couplage; la figure 3d est la coupe longitudinale d'un guide d'ondes avec diaphragmes 5 en position; les figures 4a à 4d représentent diverses sections de guides d'ondes avec couplages continûment répartis; la figure 5a représente une section de guide d'ondes avec plaque diélectrique; et 10 la figure 5b représente la forme d'une plaque diélectrique. Les figures la à ld représentent diverses sections de guides d'ondes. Il s'agit de guides ne permettant que deux ondes orthogonales indépendantes. Tel est le cas du guide d'ondes carré selon figure la et du guide d'ondes cruciforme selon figure lb. Des variantes sont obtenues avec des nervures 15 longitudinales qui produisent un guide d'ondes cruciforme à partir d'un guide de section carrée (figure le) ou ronde (figure ld). La plupart des principes de couplage décrits ci-dessous conviennent pour tous les guides d'ondes de ce type; ils ne sont décrits toutefois que sur l'exemple du guide d'ondes carré. Les dispositifs de couplage doivent 20 être adaptés au guide d'ondes de façon que les propriétés de propagation soient les mêmes pour les deux polarisations. Ce résultat est obtenu quand le couplage s'effectue à 45° par rapport aux directions de polarisation. Les figures 2a à 2d représentent des formes de réalisation d'éléments de couplage concentré. La figure 2a représente des broches de couplage 25 disposées sur deux cotés. La disposition sur deux côtés convient particulièrement bien pour des guides d'ondes multimode, c'est-à-dire permettant plusieurs modes ou types d'ondes. Les éléments de couplage doivent être disposés des deux côtés de tels guides d'ondes, en diagonale, alors qu'ils ne sont nécessaires qu'à une extrémité de la diagonale de guides d'ondes 30 à un seul mode. De minces broches de couplage agissent capacitivement pour l'essentiel. L'atténuation de couplage diminue quand la fréquence augmente. D'épaisses broches courtes agissent surtout inductivement. L'atténuation par couplage croît avec la fréquence. La profondeur de pénétration s des broches 35 doit être inférieure à X/4. Un choix approprié de l'épaisseur des broches et de la profondeur de pénétration permet d'obtenir une réponse en fréquence de l'atténuation par couplage, sensiblement symétrique par rapport 40638 4 2113962 à une fréquence donnée. Lorsque la conversion de polarisation doit s'effectuer uniquement sur une bande très étroite, il est possible de réaliser les broches sous forme de circuits coaxiaux X/4 (T), faiblement couplés, tels que ceux représentés à la figure 2b. Les broches de couplage électriques selon figure 2c ont un comportement identique à celui de broches métalliques, mais sans risque de résonance. Les broches de couplage peuvent naturellement aussi être réglables (sous forme de broches filetées par exemple), ce qui permet de faire varier l'atténuation de couplage sur une très grande plage. Un équilibrage très précis peut aussi être obtenu de cette façon. Un déplacement simultané de toutes les broches de couplage donne une variation très rapide de l'atténuation. A la figure 2d, les broches de couplage sont disposées au centre du guide d'ondes, sur un arbre à rotation axiale. La conversion de polarisation maximale s'obtient pour a - 45°; il n'y a plus de conversion de polarisation pour en = 0°. La variation peut naturellement être obtenue d'une autre façon, à l'aide d'un dispositif mécanique par exemple, permettant une variation commune de la profondeur de pénétration des broches de couplage. Des diagrammes selon figures 3a et 3b, disposés d'un seul ou des deux côtés, assurent un couplage essentiellement inductif, c'est-à-dire que l'atténuation par couplage croît avec la fréquence. Avec des diaphragmes selon figure 3c, le choix de l'angle a permet d'obtenir un couplage à très grande symétrie de fréquence, sur une plage de fréquence déterminée. La figure 3d représente la coupe longitudinale d'un guide d'ondes muni de diaphragmes. Elle indique que les diaphragmes sont disposés dans le convertisseur de polarisation à une distance d'environ X/4. Une déformation du guide d'ondes donne un couplage continûment réparti. L'atténuation par couplage croît avec la fréquence. Le cas le plus important est celui de la déformation rhombique, représentée à la figure 4a. De minces nervures selon figure 4b ont une action capacitive, comme dans le cas des broches et diaphragmes de couplage précédemment décrits. Des nervures selon figure 4c ont une action essentiellement inductive. Des dispositifs selon figure 4d ont, en fonction de l'angle a choisi, un couplage symétrique par rapport à une fréquence déterminée et une bande particulièrement large. Une plaque diélectrique, disposée dans le plan diagonal selon figure 5a et dont les extrémités sont de préférence en 40638 2113962 queue d'aronde, agit surtout capacitivement. Sa forme est illustrée par la figure 5b. ' • Des propriétés particulièrement avantageuses s'obtiennent en combinant deux principes de couplage à réponse en fréquence opposée. On obtient alors des propriétés de largeur de bande particulièrement bonnes. Il est en outre recommandé de prévoir une. possibilité d'équilibrage d'un des deux composants, sous forme par exemple d'une combinaison de broches de couplage capacitif, réalisées sous forme de tiges filetées, et d'organes inductifs fixes (diaphragmes inductifs, nervure inductive,—guide d'ondes déformé). On voit que l'application du principe de l'invention est très diverse et qu'il est possible de combiner les diverses formes de réalisation pour obtenir des propriétés-adaptées aux diverses conditions. 71 40638 6 2113962 Revendications 1. Convertisseur de polarisation pour micro-ondes, avec injection d'une onde à polarisation linéaire dans un guide d'ondes, caractérisé en ce que le convertisseur de polarisation est constitué par un guide d'ondes 5 qui ne permet que deux ondes orthogonales indépendantes et comporte des moyens de couplage. 2. Convertisseur de polarisation selon revendication 1, caractérisé par une section carrée du guide d'ondes. 3. Convertisseur de polarisation selon revendication 1, caractérisé 10 par une section cruciforme du guide d'ondes. 4. Convertisseur de polarisation selon revendication 1, caractérisé par des nervures longitudinales sur les parois internes du guide d'ondes. 5. Convertisseur de polarisation selon revendication 1, caractérisé en ce que la paroi interne du guide d'ondes de section ronde est munie 15 de nervures longitudinales, qui produisent une section cruciforme. 6. Convertisseur de polarisation selon revendication 1, caractérisé en ce que le guide d'ondes est muni de moyens de couplage concentré. 7. Convertisseur de polarisation selon revendication 6, caractérisé en ce que les moyens sont constitués par des broches de couplage. 20 8. Convertisseur de polarisation selon revendication 6, caractérisé en ce que les moyens sont constitués par des circuits coaxiaux X/4. 9. Convertisseur de polarisation selon revendication 6, caractérisé en ce que les moyens sont constitués par des broches de couplage diélectriques, disposées sur un côté, perpendiculairement à l'axe du guide d'ondes. 25 10. Convertisseur de polarisation selon revendication 6, caractérisé en ce que les moyens sont constitués par une broche de couplage pouvant tourner axialement et disposée suivant un angle prédéterminé par rapport au grand axe du guide d'ondes. 11. Convertisseur de polarisation selon revendication 6, caractérisé en 30 ce que les moyens sont constitués par des diaphragmes de couplage disposés en diagonale. 12. Convertisseur de polarisation selon revendication 1, caractérisé en ce que le guide, d'ondes est muni de moyens de couplage répartis. 13. Convertisseur de polarisation caractérisé en ce que les moyens sont 35 constitués par au moins une nervure de couplage, disposée le long d'une arête intérieure du guide d'ondes. 14. Convertisseur de polarisation selon revendication 1, caractérisé par 40633 7 2113962 une déformation rhombique du guide d'ondes sur sa longueur de couplage. 15. Convertisseur de polarisation selon revendication 1, caractérisé en ce que le guide d'ondes comporte une plaque diélectrique, disposée dans le plan diagonal. 16. Convertisseur de polarisation selon revendication 1, caractérisé en ce que la plaque comporte un évidement en queue d'aronde sur au moins un côté de la diagonale.