Brevet FR2246089A1 — publié le 19750425

La présente invention concerne un diplexeur en ondes millimétriques qui est un dispositif permettant la séparation d'une large bande de fréquences couvrant une octave en deux sous-bandes de fréquences contiguës plus étroites et utilisé notamment dans le multiplexage des voies téléphoniques. On sait que la transmission de voies téléphoniques exige de larges bandes de fréquences d'autant plus larges que le nombre de voies à transmettre est plus elevé. Les guides utilisés pour la transmission sont circulaires et tous les vingt kilomètres environ nécessitent une amplification grâce à des répéteurs. Dans ces répéteurs, les voies téléphoniques doivent être séparées grâce à des filtres de canaux, des filtres de groupes de canaux, des diplexeurs de sous-bande apres avoir été séparées par des diplexeurs généraux de bandes en deux sousbandes. Le principe de cette dernière séparation réside en un aiguillage de la bande de fréquences inférieure à la fréquence de coupure d'un filtre passe-haut et la transmission de la bande de fréquences supérieure à travers le filtre passehaut. Jusqu a présent il était connu de réaliser les diplexeurs au moyen de guides d'ondes circulaires accolés l'un contre l'autre par les parois dans lesquelles les coup leurs sont obtenus grâce à des trous ménagés sur les génératrices de tangence des deux cylindres des guides d'ondes circulaires.C'est la structure dite en forme de 8 que décrit bien en coupe la disposition de deux cylindres l'un au dessus de l'autre. De même les filtres passe-haut sont réalisés grace à des guides circulaires accolés dans lesquels les sections intérieures circulaires sont progressivement décroissantes jusqu t au milieu puis progressivement croissantes vers les extrémités. Ces diplexeurs qui présentent un progrès par rapport aux diplexeurs comportant des guides d'ondes rectangulaires notamment quant aux pertes plus élevées de ces dernières et à l'impossibilité d'obtenir avec eux des bandes larges d'une octave, présentent cependant les inconvénients d'être encombrants et de créer des difficultés d'usinage.Il est délicat de réaliser les trous de couplage entre deux cylindres tangents l'un à autre. Le diplexeur selon la présente invention remédie à ces inconvénients. Dans celui-ci en effet, tout en obtenant des performances électriques excellentes, les procedés de fabrication sont simplifiés et le diplexeur réalisé est particu lièrement compact. La présente invention a pour objet un diplexeur en ondes millimétriques apte- à séparer une bande de fréquences en deux sous-bandes de fréquences haute et basse et comprenant un guide d'ondes d'entrée circulaire suivi d'un premier terminal, d'un premier coup leur directionnel 3dB dont un 'deuxième terminal adjacent au premier permet de sortir ladite sous-bande de fréquences basse et dont les deux autres terminaux adjacents débouchent sur deux filtres passe-haut ne laissant passer que la sous-bande de fréquences hautes, les sorties desdits filtres passe-haut étant branchées sur un deuxième coupleur directionnel 3dB dont l'un des terminaux d'extrémité permet d'extraire ladite sous-bande de fréquence haute, caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième coupleurs directionnels, le guide de sortie (51) de ladite sous-bande de fréquence haute (f2) ainsi que lesdits filtres passe-haut (3) sont réalisés en guides semicirculaires séparés l'un de l'autre longitudinalement par une plaque (23,33,43) et que le guide grondes d'entré circulaire (10) est muni d'une transition d'adoption (12) du mode circulaire au mode semi-circulaire. Selon une particularité de l'invention ladite transition d'adaption (12) du mode circulaire au mode semi-circulaire est une pièce métallique solidaire du guide comportant une première extrémité mince (13) dont la longueur est celle du rayon du guide d'ondes circulaire et une deuxième extrémité (14) semi-circir laire pleine, la partie intermédiaire se présentant en coupe sous la forme d'un secteur dont les deux rayons s'ouvrent progressivement jusqu'a former un diamètre. En se référant aux figures schématiques 1 à 3 ci-jointes, on va décrire ciaprès un exemple de mise en oeuvre de la présente invention, exemple donné à titre purement illustratif et nullement limitatif. Les mêmes éléments représentés sur plusieurs de ces figures portent sur toutes celles-ci les mêmes références. La figure 1 représente une vue schématique en perspective, éclatée, partiellement arrachée du diplexeur selon l'invention. La figure 2 représente une vue schématique d'une coupe longitudinale du même diplexeur. Les figures 3a à 3d représentent des coupes transversales en différents points A, B, C, D de la figure 2. Tel que représenté sur les figurès, le diplexeur se compose de cinq éléments référencés de 1 à 5 disposés les uns a la suite des autres I - une transition 10 guide circulaire à guide semi-circulaire dont le diamètre peut être de 14,56 millimètres, ainsi qu'une sortie coudée 11 en guide semicirculaire; 2 - un coupleur directionnel 3dB composé de deux guides semi-circulaires 21, 22 séparés l'une de l'autre par une plaque de couplage métallique 23 percée de trous tels que 24, le guide 22 étant prolongé par la sortie coudée 11 et le guide 21 prolongeant la transition 10; 3 - deux filtres passe-haut formés de deux guides semi-circulaires 31, 32 présentent chacun en leur milieu un étranglement progressif et séparés par une plaque métallique 33.Les diamètres intérieurs des guides semi-circulaires 3133 à leurs extrémités les plus éloignées de l'élément 1 peuvent être inférieurs aux diamètres des extrémités les plus proches de l'élément I et peuvent être de 10,2 millimètres; 4 - un coupleur directionnel 3dB composé de deux guides semi-circulaires 41, 42 séparés l'un de l'autre par une plaque de couplage métallique 43 percée de trous tels que 44. Le diamètre intérieur du coupleur 4 peut être inférieur(par exemple 10,2 millimètres) à celui du coupleur 2. Le guide semi-circulaire 41 est terminé par une charge adaptée 45 dont le but est d'absorber l'énergie résiduelle. Cette charge se présente sous la forme d'un demi-cône en matière résistive dont le sommet est situé sur la plaque de couplage et la demi-base contre le terminal d'extrémité; 5 - un guide d'ondes semi-circulaire 51 prolongeant le guide d'ondes semicirculaire 42. Les éléments 2, 3, 4, 5 et éventuellement 1 sont constitués de deux pièces usinees -ou moulées 6' et 7 formant le corps des guides d'ondes et qui sont rendues solidaires l'une de l'autre, telles que sont représentées les pièces 6 et 7. (6 est la projection de 6' sur la figure 1). Elles comportent des échancrures telles que 21!, 31' (figure 1) qui une fois les pièces 6 et 7 réunies sont référencées 21 et 31. Entre les pièces 6 et 7 est disposée une plaque de métal appelée jusqu'ici 23, 33 et 43 qui est exécutée d'un seul tenant. Les portions de plaque correspondant à 23 et 43 comportent des trous dont le nombre et la configuration peuvent être de deux rangées de 68 trous par coupleur. La transition 10 de guide circulaire à semi-circulaire est réalisée grâce à un guide circulaire dans lequel on dispose une pièce rapportée 12 dont la forme à l'entrée est celle d'une arête 13 de longueur égale au rayon du guide et dont la forme à la sortie est celle d'un diamètre 14 perpendiculaire à l'arête 13. La pièce 12 occupe le demi-cylindre inférieur du guide d'ondes et dans sa partie supérieure elle prend la forme d'un secteur s'ouvrant progressivement jusqu'à devenir un diamètre. Dans sa partie inférieure attenante à la paroi du guide d'ondes elle s'élargit progressivement jusqu'à devenir un demi-cylindre plein. I1 en résulte que l'énergie électromagnétique entrante selon la flèche ne peut que pénètrer dans le demi-cylindre supérieur 21. Le guide coudé semi-circulaire 11 communique avec le guide semi-circulaire 22. Le principe de fonctionnement du diplexeur est le suivant L'énergie électromagnétique pénétrant dans la transition 10 est excité en mode circulaire TEol. La bande de fréquences f1, f2 est relativement large, par exemple, de 31 CHZ à 60 GHZ. Le coupleur directionnel 3dB, 2, partage l'énergie électromagnétique en deux parties égales qui suivent les guides d'ondes semicirculaires 21 et 22 excites en mode TEOl semi-circulaire. Ce partage en deux parties çst déterminé par le nombre et la dimension des trous de couplage selon des techniques connues en elles-mêmes. Les filtres passe-haut 31 et 32 sont dimensionnés de telle sorte que leurs étranglements imposent la longueur d'onde de coupure donc la fréquence de coupure f en dessous de laquelle l'énergie électromagnétique de la bande de fréquences concernée est rejetée vers le coup leur 2. A titre d'exemple la fréquence de coupure est de 46 GHz (étranglement de rayon égal à 3,9 millimètres). Dans ce cas toute l'énergie de la bande de fréquence f c guide d'ondes semi-circulaire coudé 11. L'énergie supérieure à la fréquence f soit dans notre exemple de 46 GHZ à c 60 CHz parvient au coupleur directionnel 3dB, 4 par les deux terminaux d'entrée des guides semi-circulaires 41 et 42 et sort en totalité au terminal communiquant avec le guide semi-circulaire 51. En effet la propriété du coupleur directionnel est de ne pas renvoyer d'énergie sur ses terminaux d'entrée. Pour séparer la bande de fréquences f2 sortant du guide d'onde semicirculaire 51 en deux autres sous-bandes il est possible d'adjoindre un autre diplexeur à celui qui a été décrit. Dans ce cas on ajoute des éléments basés sur le même principe que les éléments 2, 3, 4, 5 au guide 51. On fait sortir du terminal adjacent au terminal d'entrée du premier coupleur la sous-bande provenant de la bande de fréquences f2 soit par exemple 46 GHZ à 54 GHZ et l'on sort du coupleur de sortie la bande comprise entre 54 GHZ et 60 GHZ. Autrement dit, les connexions à d'autres diplexeurs sont faciles à réaliser avec les guides semi-circulaires. Le diplexeur, objet de l'invention peut être utilisé dans tous les cas où l'on doit traiter des bandes de fréquences larges d'une octave, où la forme mécanique de réalisation doit être simple et où les connexions avec les diplexeurs de sous-bandes doivent être faciles à réaliser. I1 peut être utilisé notamment dans les télécotmnunications téléphoniques. REVENDICATIONS 1/ Diplexeur en ondes millimétriques apte à séparer une bande de fréquence en deux sous-bandes de fréquences haute et basse et comprenant un guide d'ondes d'entree circulaire suivi d'un premier terminal, d'un premier coupleur directionnel 3dB dont un deuxieme terminal adjacent au premier permet de sortir ladite sousbande de fréquences basse et dont les deux autres terminaux adjacents débouchent sur deux filtres passe-haut ne laissant passer que la sous-bande de fréquences haute, les sorties desdits filtres passe-haut étant branchées sur un deuxième coup leur directionnel 3dB dont l'un des terminaux d'extrémité permet d'extraire ladite sous-bande de fréquences haute caractérisé en ce que lesdits premier (2) et deuxième (4) coupleurs directionnels, le guide de sortie (51) ou ladite sousbande de fréquence haute (f2) ainsi que lesdits filtres passe-haut (3) sont réalisés en guides semi-circulaires séparés L'un de l'autre longitudinalement par une plaque (23, 33, 43) et que le guide d'ondes d'entrée circulaire (10) est muni d'une transition d'adaptation (12) du mode circulaire au mode semi-circulaire. 2/ Diplexeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite transition d'adaptation (12) du mode circulaire au mode semi-circulaire est une pièce métallique solidaire du guide comportant une première extrémité mince (13) dont la longueur est celle du rayon du guide d'ondes circulaire et une deuxième extrémité (14) semi-circulaire pleine, la partie intermédiaire se présentant en coupe sous la forme d'un secteur dont les deux rayons s'ouvrent progressivement jusqu'à former un diamètre 3/ Diplexeur selon'la revendication 1, caractérisé en ce que ledit deuxième terminal permettant de sortir la bande de fréquences basse (71) est branché à un guide semi-circulaire coudé (11). 4/ Diplexeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite plaque (23, 33, 43) séparant les guides d'ondes longitudinalement est disposée entre les corps (6, 7) des deux guides d'ondes semi-circulaires et est solidaire de ceux-ci. 5/ Diplexeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite plaque (23, 43) séparant les guides d'ondes semi-circulaires dans le premier (2) et le deuxième (4) coupleurs directionnels est une plaque de couplage percée de deux rangées de trous (24, 44). 6/ Diplexeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'autre terminal d'extrémité dudit deuxieme coup leur directionnel (4) comporte une charge adaptée (45) absorbant l'énergie résiduelle. 7/ Diplexeur selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite charge adaptée (45) se présente sous la forme d'un demi-cône en matière rêsistive dont le soumet est situé sur ladite plaque de couplage et la demi-base sur ledit autre terminal d'extrémité.