Brevet FR2172855A1 — publié le 19731005

La présente invention concerne le guidage d'ondes électromagnétiques appartenant à deux bandes de fréquence distinctes lorsque ces ondes doivent, sur une partie de leur trajet, se propager toutes dans un même guide d'ondes, et sur une autre partie de leur trajet se propager dans des guides distincts, selon la bande de fréquences à laquelle elles appartiennent. Pour simplifier l'exposé, on appellera ci-apres "bande" l'ensemble des ondes appartenant à une bande de fréquences. La séparation de deux bandes d'hyperfréquences ou leur introduction dans un guide commun est notamment nécessaire dans la technique des télécommuni- cations par ondes guidées. Elle se fait classiquement à l'aide d'un montage de guides d'ondes, appelé "diplexeur".Un diplexeur peut, entre autres, constituer un séparateur de bandes. I1 reçoit alors sur une entrée une onde complexe comportant simultanément des composantes de fréquences inférieures et supérieures à une fréquence intermédiaire. On appellera ici "apres bande inférieure" l'ensemble de ces composantes de fréquence inférieure et "bande supérieure1, l'ensemble de ces composantes de fréquence supérieure. Les bandes inférieure et supérieure sont transmises sur deux sorties distinctes du diplexeur. Celui-ci est constitué de telle sorte qu'il n'y ait aucun retour d'onde dans le guide d'ondes d'entrée et que la puissance fournie à l'entrée dans chacune des deux bandes se retrouve intégralement sur la sortie correspondante. Pour l1une quelconque des deux bandes, l'entrée et la sortie peuvent être interverties. Un diplexeur comporte classiquement deux tronçons de guide d'ondes constitués chacun d'un tube métallique à section rectangulaire. Ces deux tronçons sont disposés l'un à côté de l'autre. Les entrées et les sorties du diplexeur sont constituées par les extrémités de ces tronçons. Le diplexeur comporte également deux coup leurs à demi-puissance qui sont constitués chacun par une paroi commune aux deux tronçons, de guide d'ondes. Cette paroi est percée d'orifices.On sait qu'un coup leur à demi-puissance couple un guide d'ondes à un autre de telle sorte qu'une onde incidente se propageant dans l'un des guides d'ondes vers le coupleur soit divisée par lui en deux ondes émergentes de puissances sensiblement égales se propogeant à partir du coupleur dans le meme sens que l'onde incidente, l'une sans déphasage dans le même guide d'ondes que l'onde incidente, et l'autre, avec un déphasage d'un quart de tour, dans l'autre guide d'ondes. Chacun des tronçons de guide d'ondes constituant le diplexeur comporte un filtre de fréquences passe-haut disposé entre les deux coupleurs. Ce filtre est constitué par une portion de guide dont la section rectangulaire a l'un de ses côtés plus petit que dans le reste du tronçon. I1 est agencé de manière à laisser passer sans réflexion la bande supérieure et à réfléchir la bande inférieure. Afin d'éviter une réflexion parasite de la bande supérieure, ce filtre comporte à ses deux extrémités des segments de transition dont la section varie progressivement de manière que la section du guide ne présente pas de variations brusques. Les deux tronçons de guide d'ondes sont classiquement réalisés de manière aussi identique que possible, tout au moins entre les deux coupleurs. Cela n'est cependant pas absolument nécessaire. Cette identité de réalisation a en effet pour but de conserver les phases relatives des ondes au sein des deux tronçons, ce sont donc les nombres de longueur d'ondes guidées entre les deux coupleurs pour la bande supérieure, ét entre un coupleur et les filtres pour la bande inférieure, qui interviennent. Il est bien connu qu'un diplexeur ainsi constitué permet la propagation de la bande inférieure entre les extrémités des deux tronçons situées d'un même côté par rapport aux filtres. En ce qui concerne la bande supérieure, elle se propage -entre une extrémité de l'un des tronçons et l'extrémité de l'autre tronçon située de l'autre coté par rapport aux filtres. Les diplexeurs du type qui vient d'être décrit présentent l'inconvénient d'une réalisation et d'un ajustage délicat. I1 est nécessaire de réaliser plusieurs assemblages entre les deux coupleurs et les deux filtres et l'on sait que chacun de ces assemblages nécessite un grand soin si l'on veut eviter des réflexions intempestives ou des pertes. Un but de la présente invention est de permettre une réalisation simpled'un diplexeur du type décrit ci-dessus. La présente invention a pour objet un diplexeur pour ondes électromagnétiqup3s guidées, apte à recevoir une "bande supérieure" et une "bande inférieure" constituées d'ondes de fréquences respectivement supérieures et inférieures à une fréquence intermédiaire prédéterminée, diplexeur comportant deux tronçons de guides d'ondes du type rectangulaire, disposés l'un à côté de l'autre, les entrées et les sorties du diplexeur étant constituées par des extrémités de ces tronçons, deux coup leurs à demi-puissance constitués chacun par une paroi commune à ces deux tronçons et percée d'orifices, ces deux tronçons étant sensiblement parallèles l'un à l'autre au moins au voisinage de chacun de ces coupleurs, grâce à quoi chacun de ces coupleurs couple chacun de ces tronçons à l'autre de telle sorte qu'une onde incidente se propageant dans l'un de ces tronçons vers l'un de ces coupleurs soit séparée par ce coup leur en deux ondes émergentes de puissances sensiblement égales se propageant à partir de ce coupleur dans le même sens que l'onde incidente, l'une sans déphasage, dans le meme tronçon que blonde incidente, et l'autre avec un déphasage d'un quart de tour dans l'autre tronçon, chacun de ces tronçons comportant un filtre de fréquence passe-haut disposé entre ces deux coupleurs, et constitué par une portion du guide dont la section rectangulaire a l'un de ses côtés plus petit que dans le reste du tronçon, ce filtre comportant à ses deux extrémités des segments de transition dont la section varie progressivement de manière que la section du guide d'ondes ne présente pas de variation brusque, ce filtre étant agencé de maniere à laisser passer sans réflexion ladite bande supérieure et à réfléchir ladite bande inférieure, le nombre de longueurs d'ondes guidées entre ces deux coupleurs étant le même sur ces deux tronçons pour ladite bande supérieure et le nombre de longueurs d'ondes guidées entre ledit filtre et au moins un premier desdits coup leurs étant le meme sur ces deux tronçons pour ladite bande inférieure, les extrémités desdits tronçons situées par rapport auxdits filtres du même côté que ce premier coupleur étant appelées ci-apres "premières extrémités1, et les autres extrémités étant appelées "deuxiemes extrémités", grâce à quoi le diplexeur permet la propagation de ladite bande inférieure entre lesdites premieres extrémités des deux tronçons et la propagation de ladite bande supérieure entre ladite premiere extrémité de l'un des tron çons et ladite deuxieme extrémité de l'autre tronçon, diplexeur caractérisé en ce qu'il est constitué par deux blocs et une plaque intermédiaire plane à faces conductrices, chacun de ces blocs comportant une face plane dans laquelle est creusé un sillon à section sensiblement rectangulaire et à parois conductrices et dont les extrémités débouchent sur la périphérie de cette face plane, des moyens d'assemblage enserrant ladite plaque intermédiaire entre lesdites faces planes des deux dits blocs, chacun desdits sillons présentant à distance de ses extrémités une portion "de filtrage" à section rétrécie, cette portion de filtrage comportant à ses deux extrémités des portions de transition dont la section varie progressivement de maniere que la section du sillon ne présente pas de variation brusque, chacun des dits sillons comportant deux portions "de couplage" situées de part et d'autre de ladite portion de filtrage, chacune des portions de couplage de l'un de ces sillons étant disposée en face de l'une des portions de couplage de l'autre sillon, de part et d'autre de ladite plaque intermédiaire, cette plaque intermédiaire étant percée d'orifices dans deux zones "de couplage" situées chacune entre deux portions de couplage des deux dits sillons, chacun desdits sillons constituant avec ladite plaque intermédiaire l'un desdits tronçons, lesdites zones de couplage de la plaque intermédiaire constituant lesdits coupleurs, et lesdites portions de filtrage constituant lesdits filtres de fréquence. A titre d'exemple non limitatif, on va décrire ci-apres, à l'aide des figures à 4 ci-jointes, un mode de réalisation de la présente invention. Les éléments qui se correspondent sur ces diverses figures portent sur toutes celles-ci les mêmes numéros de référence. La figure I représente une vue de côté éclatée d'un diplexeur selon l'invention. La figure 2 représente une vue de dessus du diplexeur de la figure I en coupe selon AA. La figure 3 représente une vue de dessous du bloc supérieur des figures I et 2. La figure 4 représente une vue en coupe du diplexeur des figures 1, 2 et 3, la coupe étant faite selon le plan BB de la figure 3. Sur les figures I et 2 les moyens d'assemblage des divers éléments du diplexeur ne sont pas représentés. Sur la figure 3 ces moyens d'assemblage sontpartiellement représentés. Le diplexeur selon l'invention présente l'avantage d'etre constitué par seulement trois éléments. Pour simplifier la description, on supposera que ces éléments sont placés les uns au-dessus des autres. Ces éléments sont un bloc supérieur, un bloc inférieur et une plaque intermédiaire horizontale. Des moyens d'assemblage sont nécessaires entre ces trois éléments ; ces moyens peuvent être constitués par exemple par de la colle ou de la soudure mais ils sont de préférence constitués par des boulons. Les deux blocs et la plaque intermédiaire sont avantageusement entièrement métalliques. I1 est cependant bien évident que pour assurer leur fonction, il est seulement nécessaire que leur face utilisée pour délimiter les tronçons de guides d'ondes soit conductrice.Ces éléments pourraient donc etre constitués par un matériau isolant qui serait au moins partiellement métallisé en surface. Sur la figure 1, le bloc supérieur est représenté en 2, la plaque intermédiaire en 4 et le bloc inférieur en 6. Sur la figure 2, le bloc supérieur 2 est représenté coupé par un plan horizontal. Les blocs supérieur 2 et inférieur 6 sont de forme générale parallélépipèdique et absolument identiques entre eux. Leurs faces en regard telle que la face inférieure du bloc 2 sont creusées chacune d'un sillon tel que 8. Ce sillon présente une section rectangulaire et sa profondeur est constante. I1 est rectiligne et parallèle à la longueur du bloc 2 sauf à ses extrémités qui sont incurvées de manière à déboucher perpendiculairement sur les grands côtés de la face inférieure du bloc 2. Cette incurvation qui ntest pas nécessaire pour obtenir la plupart des avantages de la présente invention permet une insertion plus commode du diplexeur dans un montage de guides d'ondes. La largeur du sillon 8 n'est pas constante. I1 présente en effet, à distance de ses extrémités, et de préférence en son milieu, une portion de filtrage 12 à largeur rétrécie. Cette portion de filtrage a pour but de permettre la constitution d'un filtre passe-haut. On sait en effet qu'un tel filtre est généralement constitué par un rétrécissement de la section dtun guide rectangulaire. La valeur rétrécie de la largeur du sillon 8 est choisie de manière à laisser passer une "bande supérieure" et à réfléchir une "bande inférieure". La portion de filtrage 12 comporte à ses deux extrémités des portions de transition dont la largeur varie progressivement de manière que la section du sillon ne présente pas de variations brusques.La loi de variation de la largeur du sillon est choisie de manière connue pour éviter au maximum des réflexions parasites. De part et d'autre de la portion de filtrage 12, sont situées, sur chacun des deux sillons tels que 8, deux portions qui sont appelées ici "portions de couplage". Ces deux portions de couplage ne présentent pas de caractéristiques particulières en ellemême. I1 est seulement nécessaire que chacune des portions de couplage de l'un des sillons soit disposée en face de l'une des portions de couplage de l'autre sillon de part et d'autre de la plaque intermédiaire.Cette disposition face à face est assurée très simplement, lorsque la partie rectiligne du sillon 8 est disposée le long du grand axe de symétrie de la face inférieure du bloc 2, par superposition exacte des blocs supérieurs 2 et inférieur 6. I1 est bien évident que pour obtenir ces résultats il n'est pas nécessaire que ces blocs 2 et 6 soient parallélépipèdiques. I1 suffit que les faces en regard de ces blocs présentent une forme allongée avec deux grands cotés parallèles entre eux et que les parties rectilignes des sillons tels que 8 soient disposées parallèlement et à égale distance de ses grands côtés, et que l'on superpose exactement les grands côtés des faces en regard des deux blocs. La plaque intermédiaire 4 comporte deux -zones de couplage percées d'orifices tels que 14. Chacune de ces zones de couplage est située entre une portion de couplage de l'un des sillons tels que 8 et une portion de couplage de l'autre de ces sillons. Les orifices tels que 14 sont disposés de manière que chacune de ces zones de couplage forme avec les deux portions de couplage des sillons, de part et d'autre de cette zone, un coupleur à demi-puissance. I1 est facile de voir que l'on réalise ainsi un diplexeur du type décrit précédemment, comportant deux tronçons, de guides constitués par des sillons tels que 8 et la plaque 4, deux coupleurs à demi-puissance couplant ces deux tronçons l'un à l'autre, et, entre ces deux coupleurs, deux filtres passe-haut tels que 12. Le fonctionnement d'un tel diplexeur a été expliqué plus haut. On voit sur la figure 3 la face inférieure du bloc 2. Outre les éléments déjà décrits, on peut voir sur cette figure des perforations telles que 16 permettant le passage de tiges et de boulons constituant les moyens d'assemblage des blocs 2 et 6 de part et d'autre de la plaque 4. On voit aussi sur cette figure deux rainures telles que 18 et 20 creusées dans la face inférieure du bloc 2 de part et d'autre de toute la longueur des sillons tels que 8. Ces rainures permettent de loger des joints qui ne sont pas représentés sur la figure 3 mais seulement sur la figure 4 et qui permettent d'assurer I'étanchéité entre les blocs 2 et 6 et la plaque intermédiaire 4. Un diplexeur tel que celui qui vient d'être décrit peut, en effet, être raccordé à des guides d'ondes emplis par exemple d'un gaz sous pression. Sur la figure 4 on voit que l'assemblage des blocs 2 et 6 de part et d'autre de la plaque 4 est assuré par les boulons tels que 22 et 24 disposés de part et d'autre des sillons tels que 8. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, on peut, sans sortir du cadre de l'invention, changer certaines dispositions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents. REVENDICATIONS 1/ Diplexeur pour ondes électromagnétiques guidées, apte à recevoir une "bande supérieure" et une "bande inférieure" constituées d'ondes de fréquences respectivement supérieures et inférieures a une fréquence intermédiaire prédéterminée, diplexeur comportant deux tronçons de guides d'ondes du type rectangulaire, disposés l'un à côté de l'autre, les entrées et les sorties du diplexeur étant constituées par des extrémités de ces tronçons, deux coupleurs à demi-puissance constitués chacun par une paroi commune à ces deux tronçons et percée d'orifices, ces deux tronçons étant sensiblement parallèles l'un à l'autre au moins au voisinage de chacun de ces coupleurs, grâce à quoi chacun de ces coupleurs couple chacun de ces tronçons à l'autre de telle sorte qu'une onde incidente se propageant dans l'un de ces tronçons vers l'un de ces coupleurs soit séparée par ce coupleur en deux ondes émergentes de puissances sensiblement égales se propageant à partir de ce coupleur dans le même sens que l'onde incidente, l'une sans déphasage dans le même tronçon que l'onde incidente, et l'autre avec un déphasage d'un quart de tour dans l'autre tronçon, chacun de ces tronçons comportant un filtre de fréquence passe-haut disposé entre ces deux coupleurs, et constitué par une portion du guide dont la section rectangulaire a l'un de ses côtés plus petit que dans le reste du tronçon, ce filtre comportant à ses deux extrémités des segments de transition dont la section varie progressivement de manière que la section du guide d'ondes ne présente pas de variation brusque, ce filtre étant agencé de manière à laisser passer sans réflexion ladite bande supérieure et a réfléchir ladite bande inférieure, le nombre de longueurs d'ondes guidées entre ces deux coupleurs étant le même sur ces deux tronçons pour ladite bande supérieure, et le nombre de longueurs d'ondes guidées entre ledit filtre et au moins un premier desdits coupleurs étant le même sur ces deux tronçons pour ladite bande inférieure, les extrémités desdits tronçons situées par rapport auxdits filtres du même côté que ce premier coup leur étant appelées ci-apres "premières extrémités" et les autres extrémités étant appelées "deuxièmes extrémités", grâce à quoi le diplexeur permet la propagation de ladite bande inférieure entre lesdites premières extrémités des deux tronçons et la propagation de ladite bande supérieure entre ladite première extrémité de l'un des tronçons et ladite deuxième extrémité de l'autre tronçon, diplexeur caractérisé en ce qu'il est constitué par deux blocs et une plaque intermédiaire plane à faces conductrices, chacun de ces blocs comportant une face plane dans laquelle est creusé un sillon à section sensiblement rectangulaire et à parois conductrices et dont les extrémités débouchent sur la périphérie de cette face plane, des moyens d'assemblage enserrant ladite plaque intermédiaire entre lesdites faces planes des deux dits blocs, chacun desdits sillons présentant à distance de ses extrémités une portion "de filtrage" à section rétrécie, cette portion de filtrage comportant à ses deux extrémités des portions de transition dont la section varie progressivement de manière que la section du sillon ne présente pas de variation brusque, chacun des dits sillons comportant deux portions "de couplage" situées de part et d'autre de ladite portion de filtrage, chacune des portions de couplage de l'un de ces sillons étant disposée en face de l'une des portions de couplage de l'autre sillon, de part et d'autre de ladite plaque intermédiaire, cette plaque intermédiaire étant percée d'orifices dans deux zones "de couplage" situées chacune entre deux portions de couplage des deux dits sillons, chacun desdits sillons constituant avec ladite plaque intermédiaire l'un desdits tronçons, lesdites zones de couplage de la plaque intermédiaire constituant lesdits coupleurs, et lesdites portions de filtrage constituant lesdits filtres de fréquence. 2/ Diplexeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux dits blocs sont identiques entre eux, au moins en ce qui concerne lesdits sillons creusés dans leurs dites faces planes. 3/ Diplexeur selon la revendication- 1, caractérisé en ce que lesdits sillons présentent une profondeur constante et en ce que leur largeur présente une première valeur constante sauf au voisinage desdites portions de filtrage et une deuxième valeur constante plus petite dans ces portions de filtrage. 4/ Diplexeur selon la revendication 2, caractérise en ce que lesdites faces planes desdits blocs présentent une forme allongée avec deux grands côtés rectilignes et parallèles, lesdits sillons étant, entre lesdites zones de couplage, rectilignes et parallèles à ces grands côtés, à égale distance de ces grands cotés, et s'incurvant, au-delà de ces zones de couplage, de manière à déboucher perpendiculairement sur ces grands côtés. 5/ Diplexeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que des rainures sont creusées dans lesdites faces planes desdits blocs de part et d'autre de toute la longueur desdits sillons, des joints étant logés dans ces rainures.