Brevet FR2466877A1 — publié le 19810410

246687? L'invention concerne un coupleur directif coaxial pour ondes radioélectriques dans le domaine des hyperfré- quences. Le coupleur directif auquel se rapporte l'invention est constitué de deux lignes de transmission coaxiales couplées entre elles. Les deux lignes sont-réalisées au moyen d'un tronçon de guide d'ondes à l'intérieur duquel sont disposés côte a côte deux éléments linéaires conducteurs; ces éléments sont les conducteurs centraux, ou intérieurs, de ces lignes dont les conducteurs extérieurs, ou périphériques, sont faits par les parties du guide en regard de ceux-ci. En fonctionnement, l'onde est appliquée à l'une des extrémités de l'une des lignes, dite primaire, et recueillie à peu près intégralement à l'autre. Une fraction de cette puissance emprunte l'autre ligne; dite secondaire, en sens inverse et est recueillie à l'extrémité de cette dernière, située du même côté du coupleur que l'entrée de la première ligne. Cette fraction est utilisée à des fins diverses pour le contrôle de l'onde appliquée, ou d'une onde d''oscilla- tion locale. Les coupleurs fonctionnent en ondes du mode TEM, ou ondes dites "transverses" pour les champs électrique et magnétique, dépouvus de composantes suivant l'axe de propa- gatiôn. Les éléments conducteurs linéaires sont faits chacun d'un bu-plusieurs tronçons de longueur voisine de XA dési- gnant la longueur d'onde moyenne de'la bande de fonctionnement. Le couplage entre les deux lignes dépend d'un cer- tain nombre de facteurs dont principalement l'importance des sections des éléments linéaires par rapport à la sec- tion du guide et leur distance. On cherche, par ailleurs, généralement à obtenir avec ces coupleurs une bonne directivité, c'est-à-dire un rapport élevé entre les puissances aux deux extrémités de la deuxième ligne. Dans le cas d'un guide à section rectangulaire et d'éléments linéaires plats, en forme de bandes à section rectangulaire, que l'on prendra comme exemple dans ce qui suit, il faut, pour une bonne directivité, que la grande dimension 1 des sections de ces bandes ne dépasse pas le 12 de la longueur d'onde A. Quant au couplage, il est en raison directe de de cette dimension et de. la distance entre les deux élé- ments linéaires rapportées à la hauteur du guide. Pour conserver un couplage donné avec une bonne directivité il faut donc notamment réduire la hau- teur du guide. Mais comme, d'autre part, la grande dimension de la section du guide, c'est-à-dire sa dimention a perpendicu- lairement à la hauteur précédente, fixe la longueur d'onde de coupure ?c (OX = 2a) des ondes parasites non transverses c qui peuvent prendre naissance dans les lignes - les ondes transverses, elles, n'ont pas de fréquence de coupure - on a intérêt à réduire cette dimension pour éliminer le plus pos- sible le nombre dé ces ondes parasites susceptibles de se pro- pager dans le coupleur, aux fréquences d'utilisation. Il apparaît ainsi qu'il y aurait intérêt à réaliser des lignes coaxiales dont les dimensions soient les plus faibles possible et notamment avec 1 largement intérieur 1 A1 a- -2 Or, on sait que la réduction de ces dimensions en- tramne la réduction de la puissance applicable, car les pertes, par effet Joule notamment dans ces conducteurs, augmentent, toutes choses égales par ailleurs, au fur et à mesure que ces dimensions diminuent. On notera en outre que ces pertes augmentent déjà naturellement avec la fréquence de fonctionnement, qui pour les coupleurs de l'invention se situe vers plusieurs gigahertz. Pour résoudre cette difficulté, selon l'invention le guide d'ondes est prévu en deux parties inégales, l'une a grande section pour la ligne primaire, dans laquelle est concentrée la plus grande partie de l'énergie et l'au- tre à section sensiblement plus faible,pour la ligne secon- daire.; les dimensionsdes conducteurs centraux sont choisies inégales aussi, dans les mêmes proportion, comme il va être expliqué ci-dessous. L'invention sera mieux comprise en se reportant-à la description qui suit et aux figures jointes qui repré- sentent - Figures 1, 2, 3: des exemples de structure du conducteur central en deux parties des coupleurs directifs coaxiaux auxquels se rapporte l'invention.; - Figure 4: une vue en coupe montrant la position de ces conducteurs dans le coupleur.; - Figures 5 (a, b): des vues en plan et en coupe d'un exemple de coupleur directif coaxial de l'invention. Les figures 1, 2 et 3 montrent des exemples de réa- lisation du conducteur central d'un coupleur directif coaxial auquel se rapporte l'invention. Sur toutes ces figures, les éléments linéaires constituant le conducteur consistent en des bandes à section rectangulaire dont l'une des dimensions est plusieurs fois supérieure à l'au- tre..Un conducteur est constitué de deux de ces bandes placées côte à côte. Dand le cas de la figure 1, ces bandes ont une longueur voisine de 4 et une section constante sur toute leur.longueur; dans celui de la figure 2, chacune de ces bandes est constituée de deux tronçon, chacun à dont.les écartements différents correspondent à un couplage présentant deux valeurs d'une extrémité à l'autre du cou- pleur, pour l'obtention de bandes de fonctionnement plus larges. Dans le cas de la figure 3, le couplage est pro- gressivement variable d'une extrémité à l'autre pour le fonctionnement à très large bande. Sur les figures, les quantités P1IP2IP3IP4 qui accompagnent les flèches désignent les puissances à cha- cune des extrémités des deux lignes. P1 est la puissance injectée à l'entrée de la ligne primaire ou entrée du coupleur; P2,qui en est la plus grande partie, celle receuillie à l'extrémité de la ligne primaire; P4 la puissance recueillie à l'extrémité de la ligne secondaire et P la puissance,généralement négligeable,disponible à l'autre extémité de cette dernière. La figure 4 montre, dans une vue en coupe par un plan de section droite, perpendiculairement à la direc- tion de propagation des ondes, la position du conducteur central en deux partie dans le conducteur périphérique c'est-à-dire dans le guide d'onde 30, à section rectan- gulaire, avec les différentes dimensions dont il à' été question plus haut, à savoir la largeur a du guide, sa hauteur h, la largeur 1 des bandes conductrices,d'épais- seur e, et leur distance d. Les figures 5a et 5b montrent à titre non limitatif en plan et en coupe suivant A., un exemple de coupleur de l'invention. Dans un guide 30 dont la section droite rectangu- laire est formée de deux parties 31 et 32 de dimensions différentes, sont logés les conducteurs linéaires 1 et 2 constitués chacun, à la manière de l'exemple de la figure 2, de deux portions 10 et 11 pour le premier et 20 et 21 pour le second-; la longueur de ces tronçons est d'environ 4, légèrement inférieur à cette valeur dans le premier et supérieur pour le second. Ces conducteurs sont des bandes placées à plat dans le guide comme le montre le dessin. Des embouts représentés en 4,5, 6 et 7 terminent à chaque extrémité le coupleur dont ils constituent les moyens de connexion avec le reste du circuit. Un exemple de caractéristiques obtenues avec un coupleur de l'invention est donné ci-dessous - Fréquence (GHz): 4 - 8 P4 - Couplage p (db):- 42,8 - Variation du couplage dans: - 0,2 la bande (db) :P4 - Directivité - (db) :>17 P3 Les pertes dans la ligne primaire ne dépassaient pas le niveau de 80 de décibel de la puissance injectée, à 8 giga- hertz. On a fonctionné avec une puissance P1 de 1000 watts à 6,4 Ghz. On a décrit ci-dessus un exemple de coupleur coaxial de l'invention à sections rectangulaires à deux tronçons. L'invention s'applique aussi bien au cas de conducteurs de sections circulaires ou de formes variées; elle couvre aussi le cas des coupleurs à un nombre de tronçons diffé- rent du précédent et,de façon générale,toutes les variantes de coupleurs coaxiaux résultant de la combinaison de ces diverses possibilités. L'invention trouve une application dans les brouilleurs ndtamment, pour le contr8le d'ondes à haut niveau dans de larges bandes, ainsi que pour la protection contre les réflexions excessives des générateurs produisant ces ondes. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Coupleur directif coaxial pour ondes radioélec- triques hyperfréquence, composé d'un tronçon de conducteur péri- phérique creux et d'un conducteur central en deux parties, ou éléments linéaires, placées côte à côte à l'intérieur de celui-ci et s'étendant parallèlement à ce dernier sur toute sa longueur,ces parties formant avec le conducteur périphérique deux lignes coaxiales couplées entre elles, dites lignes primaire et secondaire, coupleur dans lequel l'onde électromagnétique est injectée à une extrémité de la ligne primaire et receuillie en majeure partie à l'autre, la fraction restante étant receuillie pratique- ment en totalité à l'extrémité de la ligne secondaire voisine de celle de la ligne-primaire ou l'onde est injec- tée, caractérisé en ce que lé conducteur périphérique et l'élément linéaire sont de plus grandes dimensions dans la ligne primaire que dans la ligne secondaire. 2. Coupleur directif coaxial suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le conducteur périphérique est un guide d'ondes à section rectangulaire et en ce que les éléments conducteurs linéaires consistent en des bandes disposées à plat dans le guide d'ondes. 3. Coupleur directif coaxial suivant la revendication 2, caractérisé en ce que chacune de ces bandes est formée de deux portions successives sensiblement de longueur 4, et en ce que l'écart entre ces portions est plus grand du côté de l'extrémité ou est injectée l'onde que du côté opposé. 4. Circuit hyperfréquence comprenant au moins un coupleur directif coaxial suivant l'une des revendications 1, 2 ou 3.