Brevet FR2278212A1 — publié le 19760206

La présente invention concerne des ensembles "émetteurrécepteur" fonctionnant simultanément en émission et en réception dans un même spectre de fréquences, destinés à être associés par paire de façon à former un mini faisceau hertzien et constitués par une partie "émission" comportant notamment un nérater d'une onde électromagnétique polarisée rectiligne un transformateur d'impédance quart d'onde solidaire de ce générateur, des moyens d'alimentation et de modulation dudit générateur, un guide d'ondes circulaire allant du transformateur d'impédane-quart d'onde précité jusqu a un aérien de révolution rayonnant l'onde générée (et acheminée) sous la forme d'un faisceau dirigé de caractéristiques appropriées et recueillant l'onde émise par l'ensemble correspondant lui faisant vis-à-vis à l'autre extrémité du faisceau hertzien, et par une partie "réception" comportant des moyens d'alimentation, des moyens de détection de l'onde reçue et des moyens exploitant les signaux résultant de la détection de l'onde reçue. Il est connu d'utiliser des ondes électromagnétiques dont les polarisations rectilignes sont orthogonales pour assurer le découplage nécessaire entre deux liaisons distinctes et simultanées effectuées dans une même bande de fréquences. Parmi les dispositifs destinés à assurer le découplage pratiquement parfait nécessaire entre le récepteur local et l'onde locale rayonnée par l'émetteur localqui l'accompagne, on peut citer le dispositif décrit dans le brevet français 2 200 644 et destiné à régler le couplage entre un appareil et une première onde radioélectrique en polarisation rectiligne d'un niveau de puissance donné et située dans une bande de fréquences donnée, dans lequel la première onde radioélectrique se propage à travers un milieu; dans lequel il existe en outre une alimentation d'une antenne couplée au milieu de propagation, un coupleur orthogonal, un premier dispositif comprenant un premier dispositif de division de puissance destiné à coupler l'appareil au premier et au deuxième accès du coupleur orthogonal, et un autre dispositif destiné à relier l'alimentation d'antènne à un troisième accès du coupleur orthogonal, et dans lequel le dispositif de division de puissance peut être manoeuvré pour faire passer une fraction donnée de la puissance de la première onde entre l'appareil et le premier accès du coupleur orthogonal et pour faire passer une fraction complémentaire de la puissance de la première onde entre l'appareil et le second accès du coupleur orthogonal. Un tel dispositif est sans aucun doute hautement perfectionné, mais il est aussi très compliqué et très coûteux, cet ensemble de caractéristiques étant parfaitement justifié lorsqu'il s'agit d'effectuer des liaisons de bonne qualité entre une station terrestre et un satellite, mais paraissant quelque peu disproportionné dans le cas d'une liaison terrestre entre postes situés à une distance relativement faible l'un de l'autre. L'invention a pour but, entre autres, de permettre des liaisons bilatérales simultanées, utilisant une même bande de fréquences dans les deux sens de transmission, à l'aide d'un matériel léger, peu encombrant et peu onéreux, d'une grande facilité d'utilisation. Un autre but de l'invention est également d'obtenir ce résultat et de travailler avec des ondes polarisées rectilignes orthogonales entre elles tout en utilisant des ensembles "émetteurrécepteur" rigoureusement identiques et mis en oeuvre dans des conditions strictement identiques. L'invention est basée entre autres sur la reconnaissance du fait que des ondes polarisées rectilignes orthqgonales entre elles sont acheminées, rayonnées et reçues de façon identique par un dispositif constitué par un guide d'ondes circulaire complété par un aérien de révolution. Selon l'invention les ensembles "émetteur-récepteur", fonctionnant simultanément en émission et en réception dans un même spectre de fréquences, destinés à être associés par paire de façon à former un mini faisceau hertzien et constitués par une partie "émission" comportant notamment un générateur d'une onde électromagnétique polarisée rectiligne (onde locale), un transformateur d'impédance quart d'onde solidaire de ce générateur, des moyens d'alimentation et de modulation dudit générateur, un guide d'ondes circulaire allant du transformateur d'impédance quart d'onde précité jusqu'à un aérien de révolution rayonnant l'onde locale générée (et acheminée) sous la forme d'un faisceau dirigé de caractéristiques appropriées et recueillant l'onde émise par l'ensemble correspondant lui faisant vis-à-vis à l'autre extrémité du faisceau hertzien, et par une partie "réception" comportant des moyens d'alimentation, des moyens de détection de l'onde reçue et des moyens exploitant les signaux résultant de la détection de l'onde reçue sont notamment remarquables en ce que la partie "réception" comporte une combinaison de moyens constituée par une cavité résonnante accordée en fréquence et adaptée en impédance, munie d'une diode hyperfréquence prépolarisée, ladite cavité étant couplée avec le guide d'ondes circulaire précité par l'intermédiaire d'une fente rectangulaire longitudinale aménagée dans la paroi dudit guide d'ondes circulaire, fente dont la corde sous-tendue est perpendiculaire à la direction de la polarisation de l'onde locale acheminée par le guide d'ondes circulaire. L'utilisation d'une même bande de fréquences pour-effectuer deux liaisons distinctes simultanées entre les deux extrémités d'un faisceau-hertzien procure, de manière connue, une économie subs tancielle sur l'encombrement de la gamme de fréquences dans laquelle se ditue la transmission; dans le cas ces ensembles "émetteurrécepteur" selon l'invention, ce résultat est obtenu par l'utilisation d'un matériel simple et léger, peu encombrant et peu onéreux, très facile à mettre en oeuvre du fait qu'il n'exige pas de réglages délicats ou compliqués à effectuer. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, la position angulaire du guide d'ondes circulaire (comportant la fente de couplage longitudinale) par rapport au transformateur quart d'onde est ajustable; une telle disposition permet, par un réglage angulaire facile à effectuer, d'obtenir un découplage pratiquement parfait entre ltonde électromagnétique provenant du générateur local et la cavité résonnante accordée de la partie "réception", même si la réalisation mécanique des éléments à hyperfréquence tels que le transformateur d'impédance quart d'onde et le guide d'ondes circulaire (et sa fente de couplage) n'est pas d'une haute précision. Selon une autre modalité de réalisation de l'invention, pour tous les ensembles "émetteur-récepteur" d'un type donné,-la direction de la polarisation de l'onde rayonnée fait un angle de 45 degrés avec le plan horizontal passant par l'axe du guide d'ondes circulaire, supposé horizontal par convention et pour la commodité de l'expression; une telle disposition permet aux deux ensembles "émetteur-récepteur" utilisés ut pour constituer un mini faisceau hertzien d'être rigoureusement identiques, l'orthogonalité des directions respectives-de la polarisation des ondes émises résultant alors de la disposition en vis-à-vis des deux ensembles 'témetteur-récepteurU mis en oeuvre. Selon une autre modalité de réalisation de l'invention, équivalente du point de vue des résultats obtenus à celle qui vient d'être précisée ci-dessus, pour tous les ensembles "émetteurrécepteur" d'un type donné, la direction de la polarisation de l'onde rayonnée fait un angle de 135 degrés avec le plan horizontal passant par l'axe du guide d'ondes circulaire, supposé horizontal par convention et pour la commodité de l'expression; une telle modalité de réalisation permet de disposer d'un second type d t ap- pareils, compatibles entre eux mais d'une bonne insensibilité visà-vis des ondes rayonnées par des appareils du premier type, même s'ils opèrent dans la même bande de fréquences. La description qui va suivre en regard des dessines annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. La figure 1 est une vue schématique d'un ensemble "émetteùr- récepteur" selon l'invention, en élévation et en coupe, cette vue correspondant à un ensemble dont l'axe longitudinal est horizontal et dont l'axe longitudinal de la cavité résonnante accordée de la partie "réception" a été amené dans un plan vertical La figure 2 est une vue de profil, en coupe selon la ligne II-II de la figure 1, d'un ensemble "émetteur-récepteur" identique à celui qui est représenté sur la figure 1, mais dont l'axe longitudinal de la cavité résonnante accordée de la partie "réception" est incliné de 45 degrés vers la droite par rapport à la verticale. La figure 3 est une vue de profil, en coupe selon la ligne II-II de la figure 1, d'un ensemble "émetteur-récepteur" identique à celui qui est représenté sur la figure 1, mais dont l'axe longitudinal de la cavité résonnante accordée de la partie "réception" est incliné de 45 degrés vers la gauche par rapport à la verticale. Les modes de réalisation représentés correspondent à des ensembles "émetteur-récepteur" fonctionnant à une fréquence nominale de 8,875 GHz ou de 9,90 GHz. L'ensemble "émetteur-récepteur" représenté partiellement et schématiquement sur la figure 1 de façon à montrer la combinaison de moyens mise en oeuvre comporte notamment un générateur 11 d'une onde électromagnétique polarisée rectiligne, un transformateur d'impédance quart fonde 12, un guide ondes circulaire 13-et un aérien de révolution 14 constitué par un cornet en forme de tronc de cône circulaire dont on voit seulement l'extrémité droite, l'embouchure située plus à gauche ne pouvant pas être représentée sur la figure compte-tenu des dimensions de cette dernière. Une cavité rectangulaire résonnante 15 est couplée par une fente rectangulaire longitudinale 16 avec le guide d'ondes circulaire 13 aménagé dans un bloc métallique parallélépipédique 17 sur lequel est fixée la cavité résonnante 15 par des moyens de fixation (vis) non représentés. Dans un but de simplification du dessin, les moyens d'assemblage des différents éléments constitutifs de la partie à hyperfréquence de l'ensemble "émetteur-récepteur" n'ont pas été représentés, sauf ceux qui jouent un rôle particulier dans le cadre de la présente invention. Le générateur 11, représenté partiellement, peut notamment être constitué par un oscillateur à diode semiconductrice autooscillatrice ou auto-relaxatrice (une diode à effet gunn ou une diode avalanche, par exemple) dont la cavité résonnante rectangulaire a une section correspondant à celle d'un guide d'ondes rectangulaire utilisé pour la bande de fréquences appelée couramment bande X (de 8,2 0Hz à 12,4 GHz) et une longueur équivalente cor dans le guide de l'onde respondant à une demi-longueur d'onde/generee. La représentation du générateur 11 étant schématique, la diode semiconductrice autooscillatrice est omise sur la figure. En considérant, par convention, que l'axe Ox du système à trois axes de référence habituel est parallèle au petit côté du guide d'ondes rectangulaire (qui correspond à la hauteur de la cavité résonnante du générateur 11 sur la figure 1) et que l'axe Oy est parallèle au grand côté de cette cavité, ladite cavité résonne selon le mode TE011 (ou H011) et l'onde générée disponible dans le plan de sortie du générateur est une onde polarisée rectiligne TE01 (ou Ho1) dont le champ électrique est orienté verticalement et dont la direction de la polarisation est de ce fait, par convention,verticàle. La partie active du transformateur d'impédance quart d'onde 12 disposé entre le générateur 11 et le guide-d'ondes circulaire 13 est constituée par une ouverture oblongue 18 aménagée dans -la partie centrale du transformateur 12. L'ouverture oblongue 18 dont le profil est visible sur les figures 2 et 3 a une hauteur supérieure à celle de la cavité du générateur 11 et une largeur un peu inférieure à celle de ladite cavité. Dans le sens de la propagation de l'onde venant du générateur 11, en allant de la droite vers la gauche, la longueur du transfor- mateur d'impédance 12 est d'environ un quart de la longueur d'onde dans ledit transformateur de l'onde ainsi acheminée et ce transformateur facilite la transformation de l'onde TEo1 venant du générateur en une onde TE1l dans le guide d'ondes circulaire 13 avec une perte d'énergie hyperfréquence minimale, le mode TE11 dans un guide d'ondes circulaire étant l'homologue du mode TEo1 dans un guide d'ondes rectangulaire. Le transformateur d'impédance quart d'onde 12 est rendu solidaire du générateur 11 par quatre vis à tête fraisée 19, visibles en coupe sur les figures 2 et 3, le grand axe de l'ouverture oblongue 18 coincidant avec le grand axe de la section rectangulaire de la cavité du générateur 11; deux dégagements 20 sont par ailleurs aménagés dans le corps du transformateur d'impédance quart d'onde 12 pour permettre le réglage et le serrage des pièces de fixation du transformateur 12-sur le corps 17 du guide d'ondes circulaire 13. Un logement 21 destiné à recevoir la bride de fixation 22 de la cavité résonnante 15 est aménagé à la partie sup-érieure du corps 17; le logement 21 laisse subsister une paroi relativement mince dans laquelle est usinée la fente de couplage 16. L'assemblage du corps 17 et du transformateur d'impédance 12 est assuré par deux petites tiges filetées 23 et 26 vissées respectivement à fond de filetage dans deux trous taraudés 24 et 27 de façon à être immobilisées dans lesdits trous. Les tiges filetées 23 et 26 passent respectivement dans deux trous 25 et 28 aménagés dans le transformateur 12 et qui peuvent être soit des trous cylindriques laissant subsister un jeu radial important (1 millimètre par exemple) avec les tiges 23 et 26, soit de petites boutonnières circulaires. Des écrous 29 munis de rondelles permettent l'immobilisation du transformateur 12 par rapport au corps 17 du guide ondes 13, l'extrémité de gauche du transformateur d'impédance 12 étant munie d'un élément de centrage cylindrique 30 pénétrant dans le guide d'ondes 13. La cavité résonnante 15 est munie d'une diode détectrice hyperfréquence, montée dans une structure conductrice 30 en forme de pilier visible en coupe sur la figure 1. Un piston transversal de réglage 31, monté sur la paroi postérieure de la cavité 13, permet de façon connue de réaliser une adaptation de l'accord et de l'impédance de ladite cavité. L'axe longitudinal de la cavité résonnante 15 est repéré par la référence 32 et la distance 33 qui sépare l'axe 32 de la face de sortie du transformateur d'impédance quart d'onde 12 est d'environ 3 Xg/4, Xg étant la longueur d'onde de l'onde TE11 dans le guide circulaire 13. Le générateur Il étant en fonctionnement, il est extrêmement facile de vérifier qu'il n'y a pratiquement aucun couplage entre l'onde TEîî transmise par le guide d'ondes circulaire 13 et la cavité 15; s'il n'en est pas ainsi, il suffit de desserrer légèrement les écrous 29 et de retoucher le calage angulaire du corps de guide 17 par rapport au transformateur d'impédance quart d'onde 12 de façon à obtenir l'annulation du signal détecté, puis de resserrer les écrous 29. En ce qui concerne la réception de l'onde émise par le deuxième ensemble "émetteur-récepteur" faisant vis-à-vis à l'ensemble représenté sur la figure 1 et dont le champ électrique est orienté horizontalement, la face de sortie du transformateur d'impédance quart d'onde 12 qui constitue en quelque sorte le fond du guide d'ondes circulaire 13 se comporte sensiblement comme un courtcircuit et c'est du fait de ce comportement que l'on est amené à donner à la distance 33 qui sépare l'axe longitudinal 32 de la cavité 15 de la face de sortie du transformateur d'impédance quart d'onde 12 une valeur de l'ordre de 3 kg/4 pour bénéficier d'un couplage maximal, par l'intermédiaire de la fente longitudinale 16, entre la cavité 15 et l'onde reçue. Dans le cas de l'exemple de forme de réalisation représenté sur la figure 1, l'aérien de révolution (visible de façon très partielle) est une antenne cornet en forme de tronc de cône, mais les ensembles "émetteur-récepteur" selon l'invention peuvent être. munis de n'importe quel autre aérien directif admettant des ondes TE1l polarisées selon une orientation quelconque. Un ensemble "émetteur-récepteur" tel que celui qui est représentE schématiquement sur la figure 1 peut être utilisé dans la position qu'il occupe selon cette figure, c'est-à-dire ltaxe longitudinal 32 de la cavité résonnante 15 étant vertical, en le faisant coopérer avec un autre ensemble "émetteur-récepteur" identique lui faisant vis-à-vis, mais que l'on a fait tourner de 90 degrés autour de l'axe longitudinal horizontal 34 de l'ensemble de façon à amener l'axe 32 dans le plan horizontal de l'axe 34. Chacune des variantes de réalisation correspondantes doit être munie d'au moins un niveau à bulle transversal, et éventuellement de deux niveaux à bulle disposés dans des plans orthogonaux, de façon à permettre une vérification facile du calage correct de "l'assiette transversale" de l'ensemble "émetteur-réeepteur" considéré. Dans un but de simplification du dessin le (ou) les niveaux à bulle nécessaires n'ont pas été représentés sur la figure 1. Les deux ensembles utilisés dans de telles conditions ne diffèrent pas fondamentalement dans leur structure mais doivent alors être munis de supports ou de pièces de fixation spécialisés selon qu'il s'agit d'un ensemble émettant une onde dont le champ électrique est vertical ou d'un ensemble émettant une onde dont le champ électrique est horizontal, et l'existence de deux variantes de réalisation et/ou de conditions de mise en oeuvre est un inconvénient non négligeable. I1 est possible de s'affranchir de la servitude résultant de l'existence de deux variantes de réalisation et/ou de conditions de mise en oeuvre en ayant recours aux deux modalités d'exécution de l'invention illustrées par les figures 2 et 3. Selon la modalité de réalisation représentée sur la figure 2, et correspondant à un type défini d'ensembles "émetteur-récepteur", l'axe longitudinal 32 de la cavité résonnante 15 est incliné de 45 degrés vers la droite par rapport à une ligne 35 représentant la verticale passant par l'axe longitudinal de l'ensemble "émetteurrécepteur" considéré; de ce fait, la direction de la polarisation de l'onde émise fait avec la ligne droite horizontale 37 un angle a égal à 45 degrés. Un niveau à bulle transversal 38, solidaire d'un support 39 fixé sur le corps parallélépipédique 17 du guide d'ondes circulaire 13, permet une vérification facile de l'assiette transversale correcte de l'ensemble "émetteur-récepteur" représenté sur la figure 2. Lorsque l'on place vis-à-vis d'un tel ensemble etteur- récepteur" un ensemble rigoureusement identique dans sa réalisation et dans son "attitude", la direction de la polarisation de l'onde émise par l'ensemble vis-à-vis est orientée selon l'axe 36 et elle est perpendiculaire à la direction de la polarisation de l'onde locale, ce qui correspond au maximum de sensibilité de la partie "réception. Selon la modalité de réalisation représentée sur la figure 3, et correspondant à un autre type défini d'ensembles "émetteurrécepteur", l'axe longitudinal 32 de la cavité résonnante 15 est incliné de 45 degrés vers la gauche par rapport à une ligne 35 représentant la verticale passant par l'axe lontitudinal de ltensemble "émetteur-récepteur" considéré; de ce-fait, la direction de la polarisation de l'onde émise fait avec la ligne droite horizontale 37 un angle ss égal à 135 degrés. Un niveau à bulle transversal 40, solidaire d'un support 41 fixé sur le corps parallélépipédique 17 du guide d'ondes circulaire 13, permet une vérification facile de l'assiette transversale correcte de l'ensemble "émetteurrécepteur" représenté sur la figure 3. Lorsque l'on place vis-à-vis d'un tel ensemble "émetteurrécepteur" un ensemble rigoureusement identique dans sa réalisation et dans son "attitude", la direction de la polarisation de l'onde émise par l'ensemble vis-à-vis est orientée selon l'axe 36 et elle est perpendiculaire à la direction de la polarisation de l'onde locale ce qui correspond au maximum de sensibilité de la partie "réception Dans le cadre des modalités de réalisation représentées sur les figures 2 et 3, si le faisceau rayonné par l'émetteur d'un ensemble d'un type donné est accidentellement recueilli par l'aérien d'un ensemble appartenant à l'autre type d'ensembles "émetteur-récepteur", la direction de la polarisation de l'onde ainsi recueillie accidentellement correspond au minimum de sensibilité du récepteur dudit ensemble, même si les ensembles considérés fonctionnent dans'la même bande de fréquences. v t T r r ~ Q . v h T l J 1 I ç 1.- Ensetles "emetteur-recepteur" fonctionnant simultanément en emcsion et en réception dans un neume spectre de fréquences, destinés à être associés par paire de façon à former un mini faisceau hertzien et constitués par une partie "émission" comportant notamment un générateur d'une onde électromagnétique polarisée rectiligne (onde locale), un transformateur d'impédance quart d'onde solidaire de ce générateur, des moyens d'alimentation et de modulation dudit générateur, un guide d'ondes circulaire allant du transformateur quart d'onde précité jusqu'à un aérien de révolution rayonnant l'onde locale générée (et acheminée) sous la forme d'un faisceau dirigé de caractéristiques appropriées et recueillant l'onde émise par l'ensemble correspondant lui faisant vis-à-vis à l'autre extrémité du faisceau hertzien, et par une partie "réception" comportant des moyens d'alimentation, des moyens de détection de l'onde reçue et des moyens exploitant les signaux résultant de la détection de l'onde reçue, caractérisés en ce que la partie "réception" comporte une combinaison de moyens constituée par une cavité résonnante accordée en fréquence et adaptée en impédance, munie d'une diode détectrice hyperfréquence prépolarisée,'ladite cavité étant couplée avec le guide d'ondes circulaire précité par l'intermédiaire d'une fente rectangulaire longitudinale aménagée dans la paroi dudit guide d'ondes circulaire, fente dont la corde sous-tendue est perpendiculaire à la direction de la-polarisation de l'onde locale acheminée par le guide d'ondes circulaire. 2.- Ensembles "émetteur-récepteur" selon la revendication 1, caractérisés en ce que le calage angulaire du guide d'ondes circulaire par rapport au transformateur d'impédance quart d'onde est ajustable. 3.- Ensembles "emetteur-recepteur" selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisés en ce que, dans tous les ensembles d'un type donné, l'axe longitudinal de chaque ensemble étant ramené dans un plan horizontal, la direction de la polarisation de l'onde électromagnétique générée et rayonnée fait un angle nominal de 45 degrés par rapport audit plan horizontal. 4.- Ensembles "émetteur-récepteur" selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisés en ce que, dans tous les ensembles dTun type donné, l'age longitudinal de chaque ensemble étant ramené dans un plan horizontal, la direction de la polarisation de l'onde electromagnétique générée et rayonnée fait un angle nominal de 135 degrés par rapport audit plan horizontal.