Brevet FR2488055A1 — publié le 19820205

La présente invention se rapporte à un transduc- teur d'antenne, comportant, en série à partir d'un accès destiné à être couplé à la partie rayonnante d'une anten- ne, un premier duplexeur de polarisation destiné à tra- vailler dans une première bande de fréquences, un élé- ment de transition constitué d'un guide à section varia- ble et un second duplexeur de polarisation destiné à travailler dans une seconde bande de fréquences. Il est connu de réaliser de tels transducteurs d'antenne pour permettre à une antenne de fonctionner avec une grande pureté de polarisation; les deux ban- des de fréquences de ces transducteurs sont respective- ment une bande-basse pour les fréquences de travail du premier duplexeur de polarisation et une bande-haute pour les fréquences de travail du second duplexeur de polarisation. Ces transducteurs connus ont leur premier duplexeur de polarisation qui comporte quatre accès la- téraux de polarisation répartis à 90 les uns des autres et la séparation entre les fréquences des deux bandes se fait à l'aide d'une part de filtres passe-haut situés dans l'élément de transition et/ou dans le second du- plexeur de polarisation et d'autre part de filtres pas- se-bas placés dans les guides d'onde latéraux aboutis- sant aux quatre accès latéraux du premier duplexeur de polarisation. Les filtres utilisés dans ces transduc- teurs d'antenne connus sont des filtres à deux ou trois cavités, réglables au moyen de plongeurs, c'est-à-dire de tiges susceptibles d'être plus ou moins enfoncées dans les cavités. De tels transducteurs d'antenne pré- sentent différents inconvénients: - ils sont chers du fait des filtres qu'ils uti- COU.FOI lisent, - leurs bandes passantes d'émission et de récep- tion sont relativement faibles, - des phénomènes de résonance ont tendance à se produire dans la bande de fréquences hautes, c'est-à-dire dans la bande des fréquences de travail du second duplexeur de polarisation. La présente invention a pour but de réduire no- tablement les inconvénients ci-avant. Ceci est obtenu par la mise en oeuvre d'une com- binaison de moyens permettant, en particulier, de réali- ser un filtrage moins cher et plus efficace. Selon une réalisation de l'invention le transduc- teur d'antenne, tel que décrit au début de ce texte est caractérisé en ce que, le premier duplexeur de polarisa- tion comportant un corps à deux ouvertures de polarisa- tion et deux guides auxiliaires aboutissant respective- ment à ces deux ouvertures, des dipôles résonnant à la fréquence moyenne de la seconde bande de fréquences sont placés dans ces ouvertures et une charge résistive est placée dans l'un des deux guides auxiliaires, en ce qu'un jeu de n filtres (n entier au moins égal à 1) est placé dans le premier duplexeur de polarisation, entre l'élément de transition et les deux ouvertures, à une distance des deux ouvertures d'environ - (X: lon- gueur d'onde moyenne dans la première bande dé fréquen- ces) et en ce que les n filtres font court-circuit pour la première bande de fréquences. Selon une autre réalisation de l'invention le transducteur d'antenne, tel que décrit au début de ce texte, est caractérisé en ce que, le premier duplexeur de polarisation comportant un corps à quatre ouvertures de polarisation, des dipôles résonnant à la fréquence moyenne de la seconde bande de fréquences sont placés dans ces ouvertures, en ce qu'un jeu n filtres (n entier au moins égal à 1) est placé dans le premier duplexeur de polarisation, entre les quatre ouvertures et l'élé- ment de transition, à une distance des quatre ouvertures d'environ font court-circuit pour la première bande de fréquences. La présente invention sera mieux comprise et d'au- tres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la des- cription ci-après et des figures s'y rapportant qui re- présentent - les figures 1 et 2 deux vues d'une première réalisation d'un transducteur d'antenne selon l'invention, - la figure 3 une vue détaillée d'un des éléments des figures 1 et 2, - la figure 4 une vue d'une seconde réalisation d'un transducteur d'antenne selon l'invention, - la figure 5 une vue schématique d'une antenne comportant un transducteur selon l'invention, dans sa source primaire. Dans les différentes figures les éléments corres- pondants sont repérés par les mêmes symboles. Dans les figures 1, 2 et 4 les proportions ne sont pas exactement respectéesdans le but de mieux mon- trer certains éléments. Les figures 1 et 2 sont respectivement un schéma de côté et un schéma de dessus d'un transducteur d'an- tenne dont les éléments internes sont représentés vus par transparence. Ce transducteur d'antenne est conçu pour permettre le fonctionnement d'une antenne en émis- sion et en-réception avec un seul accès pour l'émission et un seul accès pour la réception, c'est-à-dire un transducteur fonctionnant en duplexeur de fréquence a trois accès: un accès commun, A, destiné à être couplé à la source primaire d'une antenne par un polariseur, un accès émission, E, et un accès réception, R. Le transducteur d'antenne selon les figures 1 et 2 comporte, en série, depuis son accès commun A - un premier duplexeur de polarisation, 1, (appelé ortho-mode tranducer ou O.M.T dans la littérature anglo-saxonne) - un élément de transition entre guides, 2, - un second duplexeur de polarisation, 3. Le premier duplexeur de polarisation, 1, présente un corps constitué par un guide cylindrique, 10, de 54 mm de diamètre intérieur dont une extrémité constitue l'ac- cès commun A et dont l'autre extrémité est reliée à l'é- lément de transition 2. Ce guide présente deux ouvertu- res latérales de polarisation, constituées par des trous rectangulaires de 7 mm par 58 mm, percés dans sa paroi, a un même niveau mais à 900 l'un de l'autre. Deux gui- des rectangulaires, 11, 12, de 7 mm par 58 mm débou- chent dans ces ouvertures; ils comportent des vis de réglage d'adaptation, telles que 18 et 19 et, à leur extrémité o ils aboutissent dans le guide cylindrique , une paire (16a, 16b) de dipôles résonnants; ces dipôles sont constitués par des "T" métalliques de mm de barre horizontale. Le guide 12 a son extrémité opposée au guide cy- lindrique qui constitue l'accès réception, R,-du trans- ducteur d'antenne. Dans le guide 11, à l'extrémité opposée au gui- de cylindrique 10, est placée une charge résistive 17 de type classique; dans le cas de l'exemple décrit cette charge est réalisée en une matière commerciali- sée sous la marque DISARAL. Dans le guide cylindrique 10, de l'autre côté des ouvertures latérales par rapport à l'accès commun A et à une distance de 19 mm de ces ouvertures laté- rales, est disposé un jeu de trois filtres quasi-optiques, identiques, 13, 14, 15. La figure 3 montre comment est monté le filtre 13: ce filtre est constitué par un di- pôle métallique croisé, 13b, déposé sur un support di- électrique, 13a, en oxyde de beryllium, solidaire de la paroi du guide cylindrique 10 et perpendiculaire à la direction de propagation des ondes dans ce guide 10. Le dipôle 13b a une dimension hors-tout de 26mm. L'élément de transition 2 est un guide en tronc de cône circulaire dont le diamètre interne maximal est de 54 mm et le diamètre interne minimal de 34 mm. Le second duplexeur de polarisation selon les fi- gures 1 et 2 présente un corps constitué par un guide cylindrique, 30, de 34 mm de diamètre interne. Deux ou- vertures rectangulaires de 35 mm par 16 mm sont percées a 90 l'une de l'autre dans la paroi latérale du guide cylindrique 30. Dans ces ouvertures aboutissent deux guides rectangulaires, 31, 32, dont la section interne est de 35 mm par 16 mm; les parois des guides 31, 32 sont traversées par des vis de réglage d'adaptation, telles que 34, 35. Une charge résistive, 33, du même type que la charge résistive 17 est disposée dans le gui- de 32, du côté de l'extrémité de ce guide opposée au guide cylindrique 30. L'extrémité du guide 31 opposée à l'ouverture du guide cylindrique 30, constitue l'ac- cès émission, E, du transducteur. Le transducteur d'antenne selon les figures 1 et 2 est conçu pour fonctionner en émission avec une bande de fréquences comprise dans la bande des 6 GHz (c'est- à-dire la bande allant de 5,925 à 6,425 GHz) et en ré- ception avec une bande de fréquences comprise dans la bande des 4 GHz (c'est-à-dire la bande allant de 3,7 à 4,2 GHz). Ce transducteur d'antenne fonctionne comme indiqué ci-après. Les filtres quasi-optiques 13, 14, 15 ont été conçus pour se comporter comme des courts-circuits pour les ondes "réception" (4 GHz) et laisser passer les on- des "émission" (6 GHz). Le premier plan de court-circuit étant placé à 19 mm de l'ouverture o aboutit le guide 12, c'est-à-dire à environ (X: longueur d'onde moyen- ne dans la bande réception), l'énergie des ondes "récep- tion" réfléchie par ce court-circuit se trouve sommée en phase, quand elle arrive dans le guide 12,.avec l'énergie "réception" qui arrive directement dans ce guide, la dif- férence de trajet étant en effet de deux fois - soit - 4 2V Les dipôles en "T", placés dans les ouvertures la- térales du guide 10 sont calculés pour résonner à la fré- quence moyenne d'émission, ils constituent donc des courts- circuits pour les ondes "émission". Ces dipoles permettent ainsi de parfaire le découplage émission-réception des filtres quasi-optiques en laissant passer les ondes "ré- ception" et en rejetant les ondes "émission". Quant à la charge 17, elle joue le rôle d'un "absorbeur de mode" pour la polarisation croisée de celle reçu, due à des ré- flexions parasites. L'élément de transition "guide rond-guide rond",2, permet un passage progressif de la section du duplexeur de polarisation 1 à la section du duplexeur de polarisa- tion 3. La charge résistive 33 disposée dans le guidelatéal 32 du duplexeur de polarisation 3, joue le rôle d'un "absorbeur de mode" pour la polarisation croisée de celle émise. Cette polarisation croisée prend naissance par réflexions parasites au niveau de la partie rayonnante de l'antenne: sur le sub-réflecteur dans le cas, par exem- ple, d'une antenne Cassegrain et au niveau du cornet d'an- tenne. Ainsi l'onde émise, initialement rectiligne dans le duplexeur de polarisation 3, devient circulaire, par exemple circulaire droite après passage dans le polari- seur de couplage à l'antenne, puis est transformée en polarisation circulaire gauche après réflexion. Elle repasse alors dans le polariseur et revient vers le duplexeur de polarisation 1 avec une polarisation inver- se de sa polarisation d'origine. Cette onde à polarisa- tion inverse, si elle n'était pas absorbée par la charge résistive 17, détériorerait le taux d'ellipticité car elle se réfléchirait sur le courtcircuit constitué par les filtres quasi-optiques et serait envoyée vers la par- tie rayonnante de l'antenne avec un certain déphasage sur l'onde d'origine. En association avec un polariseur et un cornet de faible taux d'ellipticité, c'est-à-dire très inférieur à 0,5 dB, le transducteur qui vient d'être décrit per- met d'obtenir une source primaire à grande pureté de polarisation: inférieure à 0,5 dB. Ce transducteur a été conçu initialement pour des antennes de stations terriennes de type Cassegrain ou à illumination par le foyer, ces antennes pouvant d'ailleurs être à symétrie de révolution ou non. La figure 5 montre une telle antenne. La figure 5 montre schématiquement une antenne Cassegrain à symétrie de révolution, vue en coupe, avec son cornet 40, son sub-réflecteur de forme hyperbolotdale 41 et son réflec- teur principal 42 de forme paraboloidale; un polariseur 43, dont le rôle est de transformer un champ à polarisa- tion rectiligne en un champ à polarisation circulaire et vice-versa, couple la partie rayonnante de l'antenne, , 41, 42, à un transducteur d'antenne, 44, selon les figures 1 et 2. Un autre exemple de réalisation d'un transducteur d'antenne selon l'invention est donné par la figure 4. Le transducteur d'antenne représenté sur cette figure est un transducteur d'antenne à deux accès émission E1, E2 et deux paires d'accès réception R1 Rl1, R2 R'2- Le montage selon la figure 4 comporte, comme le montage selon les figures 1 et 2, trois parties, à par- tir de l'accès A destiné à être couplé, par un polari- seur, à la partie rayonnante d'une antenne - un premier duplexeur de polarisation 1 compor- tant un guide circulaire 10 avec des filtres quasi-optiques 13, 14, 15 et des ouvertures la- térales de polarisation dans chacune desquelles est disposée une paire de dipôles-en "T" telles que 16a, 16b, 16d; un guide latéral d'accès 11, 11', 12, 12' aboutit dans chacune de ces ouver- tures latérales, - un élément de transition "guide rond-guide rond" 2, et un second duplexeur de polarisation 3 à deux guides latéraux d'accès 31, 32. Les différences avec le transducteur d'antenne se- lon les figures 1 et 2 proviennent de ce que - le guide 10 du premier duplexeur de polarisation ne présente pas deux mais quatre ouvertures la- térales à 900 les unes des autres, - les guides latéraux 11, 11', 12, 12' débouchant dans les quatre ouvertures latérales du guide ne comportent aucune charge résistive et sont regroupés par paires d'accès opposés R R'l R-Ra a l'aide d'un Té magique et de guides de 2- 2' raccordement non représentés pour ne-pas sur- charger la figure et parce qu'un tel montage est classique; un accès réception en polarisation verticale et un accès réception en polarisation horizontale sont ainsi disponibles respective- ment sur les deux Tés magiques de ces regroupe- ments - le guide latéral 32 du second duplexeur de pola- risation 3, comme le guide latéral 31, ne com- porte aucune charge résistive et constitue un deuxième accès émission, E2, du transducteur d'antenne, le premier accès émission, E1, cor- respond à l'accès E des figures 1 et 2 et est destiné à transmettre des ondes rectilignes, à polarisation orthogonale des ondes transmises par l'accès E2. En association avec un polariseur et un cornet amenant un taux d'ellipticité très inférieur à 0,5 dB, le transducteur d'antenne selon la figure 4 permet de réaliser une source à grande pureté de polarisation (moins de 0,5 dB) avec des fréquences d'émission et de réception choisies comme suit: - fréquences de réception prise dans la bande des 4 GHz:3,7 4,2 GHz - fréquences d'émission prises dans la bande des 6 GHz: 5,925 - 6,425 GHz. REVENDICATIONS 1. Transducteur d'antenne, comportant, en série à partir d'un accès destiné à être couplé à la partie rayonnante d'une antenne, un premier duplexeur de pola- risation (1) destiné à travailler dans une première ban- de de fréquences, un élément de transition (2) constitué d'un guide à section variable et un second duplexeur de polarisation (3) destiné à travailler danstune seconde bande de fréquences, caractérisé en ce que, le premier duplexeur de polarisation comportant un corps (10) à deux ouvertures de polarisation et deux guides auxiliai- res (11, 12) aboutissant respectivement à ces deux ouver- tures, des dipôles (16a, 16b) résonnant à la fréquence moyenne de la seconde bande de fréquences sont placés dans ces ouvertures et une charge résistive (17) est placée dans l'un des deux guides auxiliaires, en ce qu'un jeu (13, 14, 15) de n filtres (n entier au moins égal à 1) est placé dans le premier duplexeur de polarisation, entre l'élément de transition et les deux ouvertures, à une distance des deux ouvertures d'environ X (X: lon- gueur d'onde moyenne dans la première bande de fréquences) et en ce que les n filtres font court-circuit pour la première bande de fréquences. 2. Transducteur d'antenne selon la revendication 1, caractérisé en ce que, le second duplexeur de polari- sation (3) comportant un corps (30) à deux ouvertures de polarisation et deux guides auxiliaires (31, 32) abou- tissant respectivement aux deux ouvertures de polarisa- tion de son corps, une charge résistive (33) est placée dans l'un des deux guides auxiliaires (32) du second duplexeur et l'autre de ces deux guides (31) du second duplexeur sert d'accès (E) pour les ondes de la seconde bande de fréquences. 3. Transducteur d'antenne selon l'une des reven- dications 1 et 2, caractérisé en ce que les filtres sont il des filtres quasi-optiques constitués chacun par un di- pôle métallique (13b) déposé sur un support diélectri- que plan (13a) disposé dans le corps (10) du premier du- plexeur de polarisation, perpendiculairement à la direc- tion de propagation des ondes dans le corps du premier duplexeur de polarisation. 4. Transducteur d'antenne, comportant, en série à partir d'un accès destiné à être couplé à la partie rayonnante d'une antenne, un premier duplexeur de pola- risation (1) destiné à travailler dans une première bande de fréquences, un élément de transition (2) cons- titué d'un guide à section variable et un second duple- xeur de polarisation (3) destiné à travailler dans une seconde bande de fréquences, caractérisé en ce que, le premier duplexeur de polarisation comportant un corps (10) à quatre ouvertures de polarisation, des dipOles (16a, 16b, 16d) résonnant à la fréquence moyenne de la seconde bande de fréquences sont placés dans ces ouver- tures, en ce qu'un jeu (13, 14, 15) de n filtres,(n en- tier au moins égal à 1) est placé dans le premier du- plexeur de polarisation, entre les quatre ouvertures et l'élément de transition, à une distance des quatre ou- vertures d'environ X (X: longueur d'onde moyenne dans la première bande de fréquences) et en ce que les n filtres font court-circuit pour la première ban- de de fréquences. 5. Transducteur d'antenne selon la revendication 4, caractérisé en ce que, le second duplexeur de polari- sation (3) comportant un corps à deux ouvertures de pola- risation et deux guides auxiliaires (31, 32) aboutissant respectivement aux deux ouvertures de polarisation de son corps, les deux guides auxiliaires du second duple- xeur de polarisation servent- respectivement d'accès (E1, E2) pour deux ondes à polarisations orthogonales l'une par rapport à l'autre. 6. Transducteur d'antenne selon l'une des reven- dications 4 et 5, caractérisé en ce que les filtres sont des filtres quasi-optiques constitués chacun par un di- pôle métallique (13b) déposé sur un support diélectri- que plan (13a) disposé dans le corps (10) du premier duplexeur de polarisation, perpendiculairement à la direction de propagation des ondes dans lecorps du pre- mier duplexeur de polarisation. 7. Source primaire d'antenne, caractérisée en ce qu'elle comporte un transducteur d'antenne selon l'une des revendications précédentes.