Brevet FR2266320A1 — publié le 19751024

L' invention -concerne un polariseur permettant de passer d'une onde ultracourte à polarisation circulaire- à une onde à polarisation linéaire, ou inversement, dans une transmission guidée. Un tel polariseur est utilise, entre autres, dans les stations affectées aux liaisons par satellites* Dans ces stations, un seul et même ensemble rayonnant, cornet + parabole, sert à l'émission vers le satellite par exemple dans la bande 5,925 - 6,425 GHz, et à la réception des ondes émises par le satellite par exemple dans la bande 3,7 - 4,2 GHz0 La propagation dans l'espace libre se fait en polarisation circulaire, dans un sens pour l'une des voies dans le sens oppose pour l'autre voie* Pour permettre la séparation des deux voies par un duplexeur placé derrière le cornet, il est commode d'opérer sur des ondes à polarisation linéaire, orthogonales entre elles Le rôle du polariseur est donc de transformer l'onde émise en polarisation linéaire en une onde à polarisation circulaire ayant un premier sens de rotation, et de transformer l'onde reçue à polarisation circulaire tournant dans le sens opposé au premier sens en une onde à polarisation linéaire orthogonale avec ladite onde émises Il est connu que ces deux transformations inverses l'une de autre peuvent se faire avec un polariseur "quart d'onde", en effet, si on considère qu'une onde à polarisation linéaire est la résuitante de deux ondes àpolarisation linéaire en phase, en opérant une quadrature sur une seule des composantes, on obtient une onde polarisée circulairement; de meme si on applique une quadrature à une seule des composantes d'une onde polarisée circulairement, on obtient une onde à polarisation linéaire. Dans l'application envisagée ici, le polariseur quart d'onde doit couvrir toute la bande 3,7 à 6,425 GH D'autre part, si la voie de reception véhicule une puissance très faible de l'ordre de quelques centaines ou dizaines dé picowatts au maximum, la puissance émise est de l'ordre de plusieurs kilowatts, par exemple jusqu'à 10 kW. En admettant qu'un polariseur de construction soignée ne dépasse pas un taux de pertes de 1Z, il s'agit d'une puissance de 100 watts dissipée en chaleur, que le polariseur doit supporter sans dégradation de son fonctionnement. Une autre condition imposée au polariseur est de fournir un retard d'un quart d'onde dans une bande couvrant presque une octave, avec un taux d'ondes stationnaires aussi réduit que possible. Parmi les divers types de polariseurs quart d'onde que l'on sait réaliser, celui qui a semblé le plus propre à remplir les conditions exposées ci-dessus est un polariseur à lame diélectrique placée dans le plan de symétrie d'un corps (tronçon de guide) de section quasicarrée. Sans entrer dans de longs développe I mentssur un principe connu, on rappelle que, dans un tel polariseur convenable ment dimensionné, étant donné dans un plan de section droite,- un champ électrique Eo orienté selon une diagonale, décomposé en deux composantes, l'une Ex perpendiculaire à la lame diélectrique, l'autre Ey dans le plan de la lame diélectrique, la composante Ex sort du polariseur à peu près non modifiée, tandis que la composante Ey subit dans la traversée du polariseur convenablement dimensionné un retard de phase d'un quart de période, soit une quadrature dans le temps, dans la bande imposée. On montrerait facilement qu'une onde entrante à polarisation circulaire tournant dans un premier sens sort sous forme d'onde à polarisation linéaire ayant une premiere orientation fixe dans le guide, et qu'une onde entrante à polarisation linéaire orthogonale à ladite première orientation dans le guide sort sous forme d'onde à polarisation circulaire tournant dans le sens opposé audit premier sens0 L'invention apporte à la réalisation d'un tel polariseur à lame diélectrique une solution nouvelle qui permet d'évacuer la chaleur due à la dissipation d'une puissance relativement importante dans des conditions meilleures que les modes de réalisation connus antérieurement.Elle y parvient en conjuguant deux moyens: : d'une part en utilisant un diélectrique présentant en soi une excellente conductivité thermique, d'autre part en employant un mode de fixation de la lame dans le corps du polariseur-qui assure une transmission aussi bonne que possible de la chaleur dégagée dans la lame dielectrique vers la masse métallique du corps. En plus de cet avantage, l'invention applique un artifice de montage, consistant à remplacer la lame diélectrique par deux demi-lames : on montrera qu'une telle disposition facilite beaucoup le montage et assure, par des moyens très simples, un positionnement très précis et stable de la lame diélectrique subdivisée en deux demi-lames dans le corps du polariseur. L'invention qui présente encore d'autres particularités avantageuses va être exposée en détail en se référant aux dessins annexés, parmi lesquels La figure 1 est une coupe longitudinale d'un polariseur selon l'invention; Les figures 2, 3 et 4 sont des vues de bout selon les sections et flèches marquées A, B et C respectivement dans la figure 1; La figure 5 est une vue éclatée en perspective d'une partie de l'appareil; La figure 6 représente une partie de la coupe longitudinale selon la figure 1, à plus grande échelle; La figure 7 est une vue en coupe selon le plan de section marqué D dans la figure 6. La description qui va être donnée ci-dessous concerne l'ensemble des figures 1 à 7. Le polariseur complet se compose essentiellement de trois parties : un corps 5, et deux transitions 1 et 2. Le corps 5 a une section 11quasi-carrée", (26, figures 2 et 3), c'est-à- dire de forme générale rectangulaire avec les côtés adjacents presque égaux, à environ 2 Z près. il est inséré entre deux transitions 1 et 2, dont les extrémités extérieures 3 et 4 de forme circulaire (20, figure 2) sont raccordées par des brides non représentées à deux guides circulaires : l'extrémité 3 à un premier guide circu laire non représenté allant vers un cornet, l'extrémité 4 à un deuxième guide circulaire identique audit premier guide circulaire, allant vers un duplexeur. L'ensemble est symétrique. Les deux transitions I et 2 sont du type "oprimisé", de façon à assurer le passage de la section circulaire à la section quasi-carrée sans créer de modes parasites. Pour obtenir les formes et dimensions voulues avec la haute précision qui est indispensable dans le cas présent, les trois éléments 1, 2 et 5, en cuivre, sont obtenus par électroformage, sur mandrins en aluminium, que l'on dissout après coup dans une lessive de soude, Une fois terminée l'opération d1électro- formage, les éléments se présentent extérieurement sous une forme générale approximativement cylindrique* Pour réduire le poids on rabote quatre faces parallèles deux à deux (b, figure 2), laissant subsister quatre secteurs du cylindre primitif, rectifiés au tour (a, figure 2). Pour positionner correctement les deux transitions 1 et 2 sur le corps 5, ces transitions sont munies de pieds de centrage 6, 7 et 8, 9 respectivement, en acier, qui pénètrent dans des trous borgnes 6' 7. . .- (figure 6) présentés par la tranche du corps 5. Le corps 5 contient une lame diélectrique 10 dont la partie centrale occupe toute la hauteur du guide a section quasi-carrée 5 et se termine par des parties effilées 13-, 14 respectivement, situées selon l'axe XX' du dispositif (figure 1). Le contour des parties effilées présente une inflexion j, k (figure 6). Les extrémités des parties effilées 13, 14, débordent du corps central 5 dans les transistions I et 2. La partie centrale de hauteur h de part et d'autre de l'axe longitudinal XX' est plus mince (environ 0,75 mm) que les parties extérieures c, d (figure 7) (environ 1 nom). Ces dispositions sont prises pour assurer l'écoulement des ondes dans les deux sens sans rupture d'impédance, dans toute la gamme couverte. Pour des raisons de commodité de montage, la lame diélectrique 10 est subdivisée de préférence dans le sens de l'axe de symétrie YY' en deux demilames 11, 12, raccordées dos à dos en 15. La lame diélectrique dans son ensemble doit répondre à des conditions sévères d'angle de pertes et de conduction calorifique du fait de la puissance relativement élevée (10 kW) que peur atteindre l'onde emise. (puissance moyennez Lamatière qui présente les valeurs les plus avantageuses des divers paramètres est l'oxyde de béryllium, BeO. Ces valeurs sont les suivantes Constante diélectrique 6,9 Tangente de l'angle de pertes 2,1O4 Conductivité calorifique 0,6 cal.cm/s/cm2.0C Cette conductivité calorifique est à peu près égale à celle du laiton. Les demi-lames sont usinées dans des plaques rectangulaires d'oxyde de beryllium fritté, A pleine charge, avec un taux de dissipation d'environ 1 Z, la lame, dans son ensemble, peut dissiper environ 100 W. Pour faciliter l'écoulement de la chaleur produite de la lame vers le corps 5, il faut assurer un contact aussi bon que possible entre la lame et le corps. A cet effet, chaque tranche de chaque demilame est munie d'une étroite et mince languette métallique formant patin (16, 17, figures 6 et 7). Ces patins métalliques sont de préférence en alliage résilient fernickel- molybdène. Ils ont une largeur de quelques millimètres, une épaisseur de quelques dixièmes de millimètres, On les brase selon leur axe longitudinal sur la tranche de la demi-lame, préalablement recouverte d'un alliage à base de molybdène pulvérisé sous vide. Le patin est brasé sur la partie centrale de la demi-lame (longueur dl, figure 6) de hauteur maximale. Il se termine par une longueur non brasée d2, telle que la longueur totale (dl + d2) couvre la demi-longueur du corps 5. Aumontage, les patins 16, 17 se logent dans deux rainures 18, 19 pratiquées dans les deux faces du corps 5 en regard; leur extrémité vient buter sur la face terminale e, f de la transition 1 ou 2 respectivement. De cette façon le positionnement exact de chaque demi-lame est assuré de façon très satisfaisante. Pour assurer un excellent contact thermique du patin sur toute sa longueur avec la face intérieure du corps 5 par l'intermédiaire de la rainure 16 ou 17, malgré les déformations dues à l'échauffement, la partie libre du patin reçoit, sur sa longueur, de légères ondulations, d'une amplitude d'environ 0,05 arn crête à crete. Pour réaliser la solidarisation des trois pièces 1, 2, 5, une bride 21 solidaire de la transition 1 et une bride 22 solidaire de la transition 2 sont réunies, au droit de l'axe de symétrie YY' du corps 5 par deux demi-colliers de serrage 33, 34 (figure 5), ou de façon analogue. La bride 21 est vissée à son extrémité extérieure 23 sur l'extrémité de la transition 2, par un ensemble taraudage et filetage correspondant (figure 6). Pour assurer une solidarisation sans soudure pour éviter des déformations, le vissage est immobilisé par une résine polymérisant à froid. Il en est de même pour la bride 22 à son extrémité 24. Les extrémités des brides 21 et- 22 en regard présentent deux bourrelets de forme trapézoldale 31, 32. Les demi-colliers 33, 34 ont une section radiale 35 de forme trapézordale, qui, au montage, par serrage des deux demi-colliers l'un contre l'autre au moyen de deux goujons tels que 36, vient rapprocher et serrer les bourrelets 31, 32 (figure 6). Le rôle des demi-colliers est uniquement un rôle de rapprochement et de solidarisation, mais non de centrages Comme les pieds de centrage 6, 7, 8, 9 doivent assurer le positionnement mais ne doivent pas subir d'effort de flexion, le centrage des deux brides entre elles est assuré par une bague en acier chromé 37 (pour réduire le frottement au minimum) à très faible jeu qu'on vient insérer autour des saillies 31, 32. Un joint circulaire à section carrée 38 assure l1étanchéité entre les deux brides 21, 22. Dans les figures 2 et 3, le cercle extérieur représente la limite d'une ailette de refroidissement 25. La chaleur dégagee par les pertes de la lame diélectrique 10 est transmise au corps 5 par les patins métalliques 16, 17, etce La chaleur recueillie par le corps 5 est transmise aux brides 21, 22 par conduction notaPment par les surfaces cylindriques résiduelles telles que a (figures 5 et 7), qui sont au contact de la surface intérieure des brides. La chaleur reçue par les brides est dissipée à l'extérieur par des ailettes telles que 25. La partie cylindrique intérieure des brides est désignée par 27 (figure 3). La figure 1 montre, au droit du plan de section C un niveau d'eau 28 placé dans une encoche 29 pratiquée dans la surface extérieure de la transition 2. On voit en 28' un autre niveau d'eau orienté à 900 du précédent. Ces niveaux d'eau servent à contrôler la position du polariseur au montage. Aux extrémités 3 et 4, des brides non représentées assurent la solidarisation avec les guides circulaires correspondants. Elles sont fixées comme les brides Z1 et 22 par un assemblage vissé, avec immobilisation par une résine polymérisant à froid. REVENDICATIONS 1/ Polariseur pour ondes ultracourtes, pour le passage d'une onde à polarisation circulaire à une onde à polarisation rectiligne et vice-versa, couvrant une large bande, constitué par un tronçon de guide ou un corps de section quasicarre contenant une lame diélectrique, insérée entre deux transitions guide circulaire - guide quasi-carre caractérisé en ceque la lame diélectrique (10), faite en une substance à forte conductivité calorifique, présente une partie centrale de largeur constante et deux parties effilées (13, 14) vers les extremités, dont le contour individuel de chaque côté comporte une inflexion (j, k), venant se terminer sur l'axe longitudinal du corps (XX'). 2/ Polariseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les extrémités effilées (13, 14) débordent du corps (5) et pénètrent dans la transition adjacente (1, 2). 3/ Polariseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la lame diélectrique (10) est en oxyde de béryllium fritté. 4/ Polariseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la partie centrale (h) est plus mince que les parties extérieures (c, d). 5/ Polariseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la lame diélectrique (10) est subdivisée en deux demi-lames (11, 12) symétriques par rapport à un axe orienté selon la largeur de la lame (YP'). 6/ Polariseur selon la revendication 1 ou 5, caractérisé en ce que la lame (10) ou chaque demi-lame (11, 12) est munie d'un patin métallique (16, 17) brasé sur la tranche, le long de la partie la plus large ( dl), ce patin ayant une longueur totale (dl + d2) égale à la moitié de~la longueur du corps (5) dans le cas de deux demi-lames. 7/ Polariseur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le patin (16, 17) est en alliage fer-nickel-molybdène. 8/ Polariseur selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce que ledit patin (16, 17) est brasé sur la tranche de la lame (10) ou demi-lame diélectrique (11, 12) recouverte d'un alliage à base de molybdène par pulvérisation sous vide. 9/ Polariseur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la partie du patin (16, 17) non brasée est munie d'ondulations d'une amplitude d'environ 0,05 mm crête à crête. 10/ Polariseur selon la revendication 1 ou 5, caractérisé en ce que le patin (16, 17) se loge dans une rainure (18, 19) pratiquée dans chacune des deux faces du corps (5) en regard, et au montage vient buter contre les surfaces terminales des transitions (e, f). 11/ Polariseur selon les revendications précédentes, dont les trois éléments (transitions et corps) sont solidarisés par deux brides munies d'ailettes, caractérisé en ce qu'une bride (21 ou 22) taraudée se monte par vissage sur Itextrémité filetée d'une transition (1 ou 2), avec immobilisation par une résine polymérisable. 12/ Polariseur selon la revendication 11, caractérisé en ce que lesdites brides (21, 22) se terminent chacune par un bourrelet de forme trapézoidale (31, 32), serrés l'un contre l'autre par deux demi-colliers (33, 34) de section intérieure trapézoidale. 13/ Polariseur selon la revendication 12, caractérisé en ce que les deux bourrelets en regard (31, 32) sont surmontés par une bague de centrage à très faible jeu (37), 14/ Polariseur selon la revendication 13, caractérise en ce que ladite bague (37) est en acier chromé. 15/ Polariseur selon la revendication 12, caractérisé en ce qu t un Joint torique (38) assure Itétanchéité de la liaison par brides. 16/ Polariseur selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'au moins une des transitions (1, 2) porte à l'extérieur une rainure (29) pouvant recevoir un niveau d'eau (28).