Brevet FR2494916A1 — publié le 19820528

CIRCULATEUR POUR LA TRANSMISSION D'ONDES ELECTROMAGNETIQUES HYPERFREQUENCE La présente invention a pour objet un circulateur pour la transmission d'ondes électromagnétiques hyperfréquence, réalisé en technologie "triplaque", ayant des pertes d'insertion très faible et un grand découplage. Un circulateur est un dispositif de transmission non réciproque comportant au moins trois voies, disposées dans un même plan, convergeant vers le centre du dispositif et utilisables dans deux sens de transmission. Une onde électromagnétique pénétrant par une voie d'entrée est transmise presque intégralement à une voie de sortie dite "couplée" alors qu'une onde pénétrant par la voie dite de sortie et voulant remonter vers la voie d'entrée est très fortement atténuée. La voie d'entrée est dite "découplée" de la voie de sortie.La puissance transmise a la voie couplée est atténuée de la valeur des "pertes d'insertion" en hyperfréquence. Les circulateurs sont utilisés dans les faisceaux hertziens pour diriger l'énergie émise par les émetteurs sur l'antenne commune et l'énergie reçue par l'antenne vers les récepteurs. Dans les deux cas l'énergie émise ou reçue traverse plusieurs de ces circulateurs et se trouve atténuée plusieurs fois par les pertes d'insertion. Il est donc avantageux d'utiliser des circulateurs à très faibles pertes. Ceci est éga:ement vrai pour les dispositifs à amplificateurs paramètriques. Dans ce cas chaque dixième de décibel de perte augmente d'environ 70K absolus la température de bruit de l'amplificateur que l'on veut la plus faible possible. Le circulateur selon la présente invention satisfait particulièrement bien aux conditions d'application précédentes par son taux de pertes d'insertion très faible et par un découplage qui est approximativement le double de celui des circulateurs connus à trois portes. En outre sa structure a été conçue de façon rigide el bien définie mécaniquement, ce qui assure des performances électriques reproductibles sur chaque circulateur notamment dans une très large bande (3 à 5,5 Cigahertz). Pour remédier aux inconvénients antérieurs la présente invention a pour objet un circulateur pour la transmission d'ondes élecromagnétiques hyperfréquence réalisé selon la technique triplaque comprenant une plaque centrale interposée entre au moins un disque en matériau gyroma gnétique, soumis à l'influence d'un champ magnétique statique crée par des aimants permanents, et deux plaques de masse parallèles situées de part et d'autre de la plaque centrale et dont chacune est insérée en partie entre ce disque et un des aimants, caractérisé en ce que la plaque centrale comporte cinq voies conductrices rectilignes dont l'une, est une voie d'entrée et une autre, la voie de sortie disposée à 1200 de la voie d'entrée et qui sont raccordées à une première zone de jonction, deux voies de découplage à 1200 l'une de l'autre, raccordée à une seconde zone de jonction, une voie rectiligne branchée entre la première et la seconde zone de jonction et qui forme un angle de 1200 avec chacune des voies précédentes Entre des parties des deux plaques de masse et la plaque centrale sont interposées deux plaques de silice comportant des perçages situés de part et d'autre des zones de jonction et utilisés pour loger autant de disques en matériau gyromagnétique. Le réglage du découplage maximum est obtenu par une plaquette diélectrique rectangulaire qui est insérée entre les deux plaques de silice perpendiculairement au milieu de la voie branchée aux zones de jonction. Les objets et caractéristiques de la présente invention apparattront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins ciannexés dans lesquels: - la figure 1 représente une vue d'une section a mi-hauteur du circulateur selon l'invention; - la figure 2 représente une vue en coupe longitudinale du circulateur selon l'invention. La vue en plan de la figure 1 est une section à mi-hauteur du circulateur découvrant la plaque centrale 10 conductrice de celui-ci. Ce circulateur est réalisé en technologie "triplaque" et il comporte quatre portes d'entrée et de sortie 11, 12, 13, 14. La plaque centrale 10 est interposée entre quatre disques 15, 16, 17, 18 en matériau gyromagnétique. Deux plaques métalliques 19 et 20 qui sont parallèles à la plaque centrale 10 constituent les plans de masse du circulateur. La plaque centrale 10 comporte cinq voies 21, 22, 23, 24 et 25 conductrices rectilignes. L'une est une voie d'entrée 21, une autre, la voie de sortie 22 qui est disposée à 1200 de la voie 22 et dans le même plan. Ces deux voies 21 et 22 sont raccordées à une première zone de jonction 26 en forme de disque. Les deux voies 23 et 24 sont des voies de découplage à 1200 l'une de l'autre. Elles sont raccordées à une seconde zone de jonction 27. Entre les deux zones de jonction 26 et 27 est branchée une voie 25 rectiligne qui forme un angle de 1200 avec chacune des voies 21, 22, 23 et 24. Les disques 15 à 18 en matériau gyromagnétique, par exemple des grenats de fer-yttrium à très faible pertes diélectriques et magnétiques sont placés contre chacune des faces des zones de jonction 26, 27 et logés individuellement dans des perçages 28, 29, 30 et 31 correspondants qui ont été pratiqués dans deux plaques 32 et 33 en silice. Autour des disques 15, 16, 17, 18, ces plaques 32 et 33 sont placées au contact des plaques de masse 19, 20 et des voies 21, 22, 23, 24 et 25. La constante diélectrique de la silice étant voisine de 4 a permis de donner des dimensions raisonnables à ce circulateur. Ce matériau a permis également de limiter les pertes par rayonnements inévitables dans une telle structure. Sa tangente de pertes inférieure à 10 4 assure un minimum de pertes d'insertion. Un champ magnétique statique, qui est perpendiculaire au plan des disques 15 à 18, est crée par des aimants 34, 35, 36 et 37 permanents, en forme de disque, qui sont logés dans des évidemments correspondants des deux plaques-de masse 19 et 20. Le champ magnétique statique est refermé par l'intermédiaire de culasses magnétiques 38 et 39 reliant chaque fois deux aimants axialement opposés. Aux extrémités des voies reliant les jonctions 26 et 27 sont soudées des raccords à ernbase dont seulement l'un 40 a été représenté. La longueur des voies 13, 14, 15 et 16 est définie de manière à obtenir des transformateurs de type quart d'onde, tandis que la longueur électrique de la voie de raccordement 25 est égale à une denii longueur d'onde. Le circulateur fonctionne dans le sens passant par exemple si l'on considére la porte 11 comme porte d'entrée, la porte 13 comme porte de sortie et les portes 12 et 14 comte portes de découplage.Un réglage du découplage maxi:num est obtenu en ajustant la reluctance du circuit au moyen d'entretoises, (non représentées) en matériau magnétique, disposées entre les aimants 34 et 35 et les plaques 19 e. 20, ou par un chÙnge;nent de l'épaisseur des aimants. Ce réglage peC > t e;rc aussi réalisé en insérant une plaquette 41 diélectrique capacitive de forme rectangulaire entre les deux plaques 19 et 20 en silice et en la rapprochant de la voie 25 de raccordement. Des adapteurs 42, en matériau diélectrique, en forme d'étrier sont interposés entre les deux plans de masse autour des entrées et sorties respectives des différentes voies 13, 14, 15, 16, et permettent ainsi le réglage définitif du taux d'ondes stationnaires aux accès. Le type de circulateur décrit précédemment présente des pertes inférieure à 0,1 dB, un découplage supérieur à 40 dB et un taux d'ondes stationnaires ne dépassant pas 1,1 dans toute la bande de fréquence transmise comprise entre 3,7 et 4,2 GHz. Les pertes d'insertion sont comprises entre 0,15 et 0,2 dB lorsque les disques 15, 16, 17 et 18 sont utilisées au-dessus de la résonnance gyromagnétique et que la bande d'utilisateur du circulateur est comprise entre 3 et 5,5 GHz. Le découplage reste alors toujours supérieur à 35 dB. REVENDICATIONS 1. Circulateur pour transmission d'ondes électromagnétiques hyperfréquence réalisé selon la technique triplaque comprenant une plaque centrale (10) interposée entre au moins un disque (15) en matériau gyromagnétique soumis à l'influence d'un champ magnétique statique crée par des aimants permanents, et deux plaques de masse (19 et 20) parallèles situees de part et d'autre de la plaque centrale (10), dont chacune est insérée en partie entre ce disque et un des aimants, caractérisé en ce que la plaque centrale (10) comporte cinq voies conductrices rectilignes (21, 22, 23, 24 et 25) dont l'une est une voie d'entrée (21), et une autre la voie de sortie (22) disposée à 1200 de la voie d'entrée (21), et qui sont raccordées à une première zone de jonction (26);; deux voies (23, 24) de découplage à 1200 l'une de l'autre, raccordées à une seconde zone de jonction (27), une voie (25)- rectiligne branchée entre la première (26) et la seconde (27) zone de jonction et qui forme un angle de 1200 avec chacune des voies précédentes (21, 22, 23, 24). 2. Circulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'entre des parties des deux plaques de masse (19 et 20) et la plaque centrale (10) sont interposées deux plaques (32 et 33) de silice comportant des perçages (28, 29, 30, 31) situés de part et d'autre des zones de jonction (26, 27) et utilisés pour loger autant de disques (15, 16, 17, 18) en matériau gyromagnétique. 3. Circulateur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le réglage du découplage maximum est obtenu par une plaquette (41) diélectrique rectangulaire qui est insérée entre les deux plaques (32, 33) de silice perpendiculairement au milieu de la voie (25) branchée aux zones de jonction (26, 27). 4. Circulateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la voie (25) branchée aux zones de jonction (26, 27) a une longueur égale à une demi longueur d'onde.