Brevet FR2463520A1 — publié le 19810220

24635ÄO La présente invention concerne un réseau quadriporte pour la séparation des ignaux constitués par deux bandes de fréquences à double polarisation dans un système d'alimentation d'antenne de faisceau hertzien ou de télécommunications spatiales, avec un con- vertisseur de polarisation rectiligne en polarisation circulaire et inversement, dimensionné pour une ellipticité propre minimale dans la bande de fréquences inférieure et branché en amont d'un séparateur de polarisation symétrique pour la bande de fréquences inférieure et, entre ce dernier et un second séparateur de polarisation pour la bande de fréquences supérieure, un second convertisseur de polarisa- tion, qui compense l'ellipticité résiduelle dans la bande de fré- quences supérieure. Des réseaux quadriportes sont utilisés dans des systèmes d'anten- nes de télécommunications spatiales par exemple, pour la séparation de signaux en fonctionnement avec multiplex de fréquence, une bande de fréquences étant destinée à la liaison montante et la seconde à la liaison descendante. A chaque bande de fréquences sont affectés deux signaux à polarisation rectiligne ou circulaire (dextrorsum, sinistror- sum). La polarisation circulaire est toujours utilisée en radiocom- munications pour la transmission de messages, quand l'alignement de la polarisation de l'antenne réceptrice parallèlement à la polarisation du champ de réception n'est pas garanti. La rotation non-réciproque et variable dans le temps du plan de polarisation, résultant de l'in- teraction d'électrons libres et du champ magnétique terrestre dans l'ionosphère, est génante en télécommunications spatiales, notamment aux fréquences inférieures à 10 GHz. L'apparition de propriétés de transmission différentes des com- posantes du champ dans le réseau quadriporte transforme la polarisa- tion circulaire en une polarisation elliptique. Le découplage de polarisation est d'autant meilleur que l'ellipticité, c'est-à-dire le rapport du grand axe au petit axe de l'ellipse, est plus faible. La demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne publiée sous le né 27 03 878 décrit un réseau quadriporte (cf. figure 1), dans lequel un séparateur de polarisation 1 sépare d'abord les deux signaux à polarisation rectiligne, puis deux filtres 2, 3 ex- 24635o20 traient la bande de fréquences inférieure (4 GHz) de chaque signal et transmettent la bande de fréquences:;supérieure (6 GHz). Pour la production de signaux à polarisation circulaire dextrorsum et sinis- trorsum dans les bandes de fréquences inférieure et supérieure, les signaux décomposés suivant leurs directions de polarisation dans chacune de ces bandes sont appliqués à un coupleur 3 dB 4, 5, qui produit une conversion en polarisation circulaire dextrorsum et sinistrorsum. Pour obtenir une polarisation circulaire parfaite, les trajets de signal d'un coupleur 3 dB doivent présenter des condi- tions de propagation rigoureusement identiques. Cela n'est toutefois pas réalisable en pratique, de sorte que la polarisation présente toujours une ellipticité. La publication de G. Môrz: "Analyse une Synthèse von elektro- magnetischen Wellenfeldern in Reflektorantennen mit Hilfe von MehrtypWellenleitern", Diss. D.82, RWTH Aachen (1978), pp. 80-81, décrit un réseau quadriporte, qui prévoit des dispositions pour minimiser l'ellipticité de la polarisation. Ce réseau quadriporte (cf. figure 2) comprend un premier convertisseur de polarisation 6, qui reçoit des signaux à polarisation rectiligne de la source pri- maire et les convertit en signaux à polarisation circulaire ou con- vertit des signaux à polarisation circulaire en signaux à polarisa- tion rectiligne, puis les applique à la source primaire. Après ce convertisseur de polarisation se trouve un séparateur de polarisa- tion 7, qui sépare les signaux à polarisation circulaire dextrorsum rz et sinistrorsum lz dans la bande de fréquences inférieure (4 GHz par exemple) et transmet les signaux de la bande de fréquences supé- rieure (6 GHz par exemple). Viennent ensuite un second convertisseur de polarisation 8 pour la bande de fréquences supérieure, puis un second séparateur de polarisation 9, qui sépare les signaux à pola- risation circulaire dextrorsum et sinistrorsum de la bande de fré- quences supérieure. Le premier convertisseur de polarisation 6 est dimensionné pour une ellipticité propre minimale dans la bande de fréquences inférieure u.FB, la variation résultante de l'ellipticité q en fonction de la fréquence f correspondant sensiblement à la courbe 18 de la figure 3. L'ellipticité résiduelle dans la bande de fréquences supérieure o.FB est compensée par le second convertisseur de polarisation 8. Ce montage permet de minimiser l'ellipticité propre séparément pour les deux bandes de fréquences. L'utilisation d'un seul convertisseur de polarisation, qui devrait être optimisé simultanément pour les deux bandes de fréquences, ne permettrait pas de réduire autant l'ellipticité dans les deux bandes de fréquences. L'invention a pour objet un réseau quadriporte avec un conver- tisseur de polarisation pour la bande de fréquences inférieure et un convertisseur de polarisation pour la bande de fréquences supérieure, et dans lequel une compensation optimale de l'ellipticité résiduelle est effectuée pour la bande de fréquences supérieure, avec ajustement d'une ellipticité propre minimale pour la bande de fréquences infé- rieure. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le second convertisseur de polarisation pour compensation de l'ellipticité résiduelle dans la bande de fréquences supérieure comprend des moyens de couplage de deux types, dont les premiers réduisent l'influence de la fréquence sur l'ellipticité résiduelle, mais augmentent simul- tanément le module de cette dernière, et les seconds minimisent le module de l'ellipticité résiduelle ainsi que sa variation en fonction de sa fréquence. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention,' dans le second convertisseur de polarisation, les moyens de réduction de la variation de l'ellipticité résiduelle en fonction de la fréquence sont constitués par des biseaux aux deux sommets d'une diagonale; une plaque diélectrique est disposée entre les sommets de la seconde diagonale pour réduire le module ainsi que la variation de l'ellip- ticité résiduelle en fonction de la fréquence; et les biseaux et la plaque diélectrique présentent des gradins. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris a l'aide de la description détaillée ci-dessous d'un exemple de réalisation et des dessins annexes sur lesquels: la figurel, précédemment décrite, représente un réseau quadriporte pour signaux à polarisation circulaire selon la demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne publiée sous le n0 27 03 878; la figure 2 représente le schéma synoptique de principe, précédem- ment décrit, d'un réseau quadriporte pour signaux à polarisation circulaire, constituant le point de départ de l'invention; la figure 3 représente la variation de l'ellipticité en fonction de la fréquence; la figure 4 représente un réseau quadriporte selon la demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne publiée sous le n0 24 43 166, complété pour la mise en oeuvre de l'invention; la figure 5 est la vue en plan du réseau selon figure 4 suivant l'axe X; la figure 6 est la coupe A-A du second polariseur (échelle non res- pectée); et - la figure 7 est la coupe B-B du premier polariseur (échelle non respectée) . L'invention part d'un réseau quadriporte, dont le principe est représenté par le schéma synoptique de la figure 2 et a été précé- demment décrit. Un tel réseau quadriporte pour polarisation circu- laire s'obtient par une transformation simple du réseau quadriporte décrit par la demande de brevet de la République fédérale d'Alle- magne publiée sous le n0 24 43 166, et permettant de séparer les bandes de fréquences et les directions de polarisation de deux si- gnaux, constitués chacun par deux bandes de fréquences à double polarisation rectiligne. Le premier convertisseur de polarisation 11- dimensionné pour une ellipticité propre minimale dans la bande de fréquences inférieure, est en amont du guide d'ondes central 10, à la sortie duquel la bande de fréquences inférieure est découplée, - puis décomposée suivant ses deux directions de polarisation. Le second convertisseur de polarisation 13 pour compensation de l'ellip- ticité résiduelle est inséré sur le guide d'ondes central, entre le tronçon de ce dernier sur lequel la bande de fréquences inférieure est découplée et le séparateur de polarisation 12 pour la bande de fréquences supérieure. Afin d'obtenir l'espace nécessaire au second convertisseur de polarisation dans le guide d'ondes central, les paires de branches du guide d'ondes (14, 15), affectées aux moyens de couplage de la bande de fréquences inférieure pour la réunion des signaux découplés de chaque sens de polarisation, sont dépliées hors du plan de symétrie du guide d'ondes central, comme le montre la figure 5, qui représente une vue en plan suivant l'axe X du réseau quadriporte de la figure 4. Les signaux de la bande de fréquences inférieure sont appliqués aux portes 16 et 16', séparément selon le sens de polarisation, et les signaux de la bande de fréquences supé- rieure sont de mrle appliqués aux portes 17 et 17'. Ce montage présente l'avantage d'être très compact et de pouvoir ainsi être utilisé aussi dans de petites antennes de station ter- rienne. Le premier convertisseur de polarisation (6 sur la figure 2, Il sur la figure 4) étant dimensionné pour une ellipticité propre minimale dans la bande de fréquences inférieure, on obtient d'abord une variation de l'ellipticité en fonction de la fréquence selon la courbe 18 (cf. figure 3), qui est certes très favorable pour la bande de fréquences inférieure u.FB, mais est mauvaise pour la bande de fréquences supérieure o.FB. Il est nécessaire de réduire le module et la variation en fonction de la fréquence de l'ellipticité (rési- duelle) dans la bande de fréquences supérieure. Selon l'invention, un second convertisseur de polarisation (7 sur la figure 2, 13 sur la figure 4) est utilisé pour compenser l'ellipticité résiduelle et contient des moyens de couplage de deux types différentes. Les pre- miers réduisent la variation de l'ellipticité résiduelle en fonction de la fréquence. Le module de l'ellipticité résiduelle est toutefois augmenté simultanément, comme le montre la courbe 19 de la figure 3. Les seconds moyens de couplage minimisent l'amplitude, ainsi que l'influence de la fréquence (cf. courbe 20 de la figure 3). La figure 6, qui représente la coupe A-A du second convertis- seur de polarisation à section carrée, illustre un exemple de réali- sation des moyens de couplage précités. Des biseaux 21, 22 aux deux sommets d'une diagonale réduisent la variation de l'ellipticité rési- duelle en fonction de la fréquence, mais augmentent le module. Une plaque diélectrique 23, reliant les deux sommets de l'autre diago- nale, minimisent enfin le module, ainsi que la vairation de l'ellip- ticité résiduelle en fonction de la fréquence. Les biseaux 21, 22 et la plaque diélectrique 23 sont munis dans ce cas de gradins 21', 22', 23' pour réduire la réflexion propre (lignes d'adaptation À/4). Le premier convertisseur de polarisation pour la bande de fré- quences inférieure est constitué de la même façon que le second convertisseur de polarisation, avec des biseaux 24, 25 à deux som- mets et une plaque diélectrique 26 entre les deux autres sommets, les biseaux et la plaque diélectrique étant également munis de gra- dins 24', 25', 26'. Selon la taille adoptée du côté du guide d'ondes, les biseaux et la plaque diélectrique peuvent se trouver sur une même diagonale ou non. Les biseaux et la plaque diélectrique du premier convertis- seur de polarisation sont décalés de 900 par rapport à ceux du second convertisseur de polarisation. Les valeurs suivantes fournissent un exemple de l'efficacité de l'invention. L'ellipticité maximale mesurée pour la bande d fré- quences inférieure est de 1,02, ce qui correspond à un découplage de polarisation de 40 dB, et l'ellipticité résiduelle maximale mesurée pour la bande de fréquences supérieure est de 1,012, ce qui corres- pond à un découplage de polarisation de 45 dB. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1. Réseau quadriporte pour la séparation de signaux constitués par deux bandes de fréquences à double polarisation dans un système d'alimentation d'antenne de faisceau hertzien ou de télécommunica- tions spatiales, avec un convertisseur de polarisation rectiligne en polarisation circulaire et inversement, dimensionné pour une ellipticité propre minimale dans la bande de fréquences inférieure et branché en amont d'un séparateur de polarisation symétrique pour la bande de fréquences inférieure et, entre ce dernier et un second séparateur de polarisation pour la bande de fréquences supérieure, un second convertisseur de polarisation, qui compense l'ellipticité résiduelle dans la bande de fréquences supérieure, ledit réseau étant caractérisé en ce que le second convertisseur de polarisation (8, 13) pour compensation de l'ellipticité résiduelle dans la bande de fréquences supérieure comprend des moyens de couplage (21, 22, 23) de deux types différents, dont les premiers réduisent l'influence de la fréquence sur l'ellipticité résiduelle, mais augmentent simul- tanément le module de cette dernière, et les seconds minimisent le module de l'ellipticité résiduelle, ainsi que sa variation en fonc- tion de la fréquence. 2, Réseau quadriporte selon revendication 1, caractérisé en ce que dans le second convertisseur de polarisation (8, 13), de section carrée, les moyens de réduction de l'influence de la fréquence sur l'ellipticité résiduelle sont constitués par des biseaux (21, 22) aux deux sommets d'une diagonale; et une plaque diélectrique (23) est disposée entre les sommets de la seconde diagonale pour réduire le module et la variation de l'ellipticité résiduelle en fonction de la fréquence. 3. Réseau quadriporte selon revendication 2, caractérisé en ce que les biseaux (21, 22) et la plaque diélectrique (23) présentent des gradins (21', 22', 23').