Brevet FR2504737A1 — publié le 19821029

La présente invention est relative à un dispo- sitif déphaseur adapté à opérer en hyperfréquences. La création de déphasages réglables de façon continue est connue et exploitée depuis longtemps dans le domaine énergétique des hyperfréquences Un article de A G Fox intitulé "An Adjustable Waveguide Phase Changer", publié dans "Proceedings of the IRE", Vol 35, décembre 1946, pp 1489 à 1498, décrit une forme d'un tel dispositif D'une façon générale, le dispositif décrit nécessite trois sections de guide d'ondes circulaires assemblées en tandem et fournissant chacune un déphasage différentiel approprié La première section convertit des ondes à polarisation rectiligne en ondes à polarisation circulaire, tandis que la deuxième modifie la phase des ondes à polarisation circulaire par rotation de la section de guide d'ondes La troi- sième section retransforme les ondes à polarisation circulaire en des ondes à polarisation rectiligne. L'inconvénient de ce dispositif est qu'il nécessite de pouvoir faire tourner la deuxième section tout en faisant rester fixes la première et la troisième sec- tions Ceci nécessite la mise en oeuvre non seulement d'un ensemble moteur approprié, mais aussi de roulements et de joints tournants De ce fait, l'agencement mécani- que est relativement très encombrant. Le but de l'invention est de proposer un dis- positif déphaseur pour hyperfréquences simple et régla- ble de façon continue qui soit de réalisation simple. Selon la présente invention, le dispositif déphaseur pour hyperfréquences comporte un tronçon de guide d'ondes à section droite circulaire présentant une extrémité fermée et une extrémité ouverte et étant d'une forme propre à n'admettre qu'un seul mode de pro- pagation à une fréquence voulue, un organe de déphasage fixe situé dans le tronçon de guide d'ondes et présentant 2 '-04737 des dimensions et une position à l'intérieur du tronçon propresà faire en sorte que de l'énergie hyperfréquence dirigée depuis celui-ci en direction de l'extrémité fer- mée du tronçon soit polarisée circulairement, un arbre en matériau diélectrique monté en saillie transversale- ment à l'extrémité fermée du tronçon de guide d'ondes et orienté le long de l'axe longitudinal de celui-ci de façon à pouvoir tourner autour de cet axe, et un élément tournant porté par ledit arbre dans un plan perpendicu- laire audit axe entre l'organe polarisant et l'extrémité fermée du tronçon, la forme et la position de l'élément tournant étant telles que l'élément puisse subir autour dudit axe une rotation telle que l'énergie hyperfréquence à polarisation rectiligne pénétrant par l'extrémité ouverté du tronçon de guide d'ondes sorte de ce tronçon par réflexion avec un coefficient de réflexion dont le module est égal à l'unité et dont la composante d'angle de phase puisse être réglée de façon continue sur une gamme de 3600 dans les deux sens. De préférence, l'élément rotatif est une pièce métallique placée à une distance de l'extrémité fermée du tronçon comprise entre 1/4 et 1/8 d'une longueur d'onde du guide. Les caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront plus amplement de la description détaillée d'une forme de réalisation de l'invention et qui est donnée ciaprès à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est un schéma illustrant une application de l'invention; la figure 2 est une vue en coupe longitudi- nale d'un déphaseur; la figure 3 est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne III-III de la figure 2; et la figure 4 est une vue représentant une variante de réalisation de l'élément déphaseur. On se reportera à présent à la figure 1, qui représente un circulateur pour hyperfréquences classique à trois voies 10 De l'énergie hyperfréquence provenant d'une source 11 entre par l'une des voies et sort par la voie adjacente pour arriver au déphaseur 12 L'énergie réfléchie par le déphaseur 12 est transmise à une charge 13 La nature de la source et celle de la charge sont sans importance. Les figures 2 et 3 représentent des détails du déphaseur 12 de la figure 1 Le déphaseur comporte un corps circulaire 20, et forme un tronçon de guide d'ondes circulaire La forme de réalisation représentée est destinée à coopérer avec un ensemble de guide d'on- des rectangulaire, et le corps 20 présente de ce fait une fenêtre rectangulaire 21 La section 22 forme un transformateur quart d'onde entre la fenêtre rectangu- laire et le corps circulaire 20 L'autre extrémité du corps circulaire 20 est fermée par une paroi terminale 23, qui présente une petite ouverture centrale 24 A l'extrémité du corps 20 est fixé un moteur 25, qui com- porte une broche tournante 26 A la broche 26 du moteur est raccordé un arbre 27 en matériau diélectrique qui traverse l'ouverture 24 de la paroi 23 pour s'avancer dans la partie circulaire du corps 20 L'arbre 27 porte l'élément rotatif 28, qui est formé par une tige métal- lique. Dans la partie circulaire du corps 20 est également disposée une feuille mince 29 de matériau diélectrique, tel que de l'alumine, qui est placée diamétralement d'un côté à l'autre du corps en formant un angle de 450 avec la verticale, comme visible sur la figure 3, et constitue l'organe déphaseur fixe La feuille 29 est de forme globalement rectangulaire, mais elle se prolonge légèrement en pointe le long de l'axe longitudinal du tronçon de guide Entre la fenêtre d'entrée 21 et la feuille de diélectrique 29 est dispo- sée une carte en matériau résistif 30, qui est placée horizontalement et s'étend d'un côté à l'autre du tron- çon de guide d'ondes. Les dimensions de la tige 28 et sa distance aux parois 23 dépendent de la fréquence de fonctionne- ment et de la bande passante demandée A titre de simple exemple, pour un dispositif travaillant dans la bande dite X à 11 G Hz, la bande passante maximum (d'environ 1 G Hz) peut être obtenue en utilisant une tige métalli- que de 1,6 mm de diamètre et de 10,6 mm de long La tige est disposée de façon à être supportée à une distance de 0,16 longueur d'onde de guide de la paroi terminale 23. En termes plus généraux, la distance séparant la tige 28 de la paroi terminale 23 doit être comprise entre le quart et le huitième d'une longueur d'onde de guide. En fonctionnement, on suppose que l'énergie véhiculée dans le guide d'ondes rectangulaire qui atta- que le déphaseur est polarisée verticalement La carte résistive 30 absorbe toute l'énergie à polarisation horizontale éventuellement présente La feuille de dié- lectrique 29 a pour fonction de transformer l'énergie à polarisation rectiligne en énergie à polarisation circulaire Celle-ci est réfléchie par la paroi termi- nale 23 avec un coefficient de réflexion dont l'angle de phase varie avec la position angulaire de la tige 28, avec une vitesse de variation deux fois plus grande. Après réflexion, l'énergie est reconvertie en énergie à polarisation verticale par la feuille de diélectrique 29, le déphasage étant conservé La carte résistive 30 absorbe de nouveau l'énergie à polarisation horizontale éventuellement présente, et l'énergie polarisée vertica- lement quitte le déphaseur par la fenêtre 21. La combinaison de la tige tournante 28 et de la paroi terminale 23 sert à faire tourner le plan de polarisation d'une onde incidente à polarisation recti- ligne, et cet effet a lieu si des ajustements sont apportés à la longueur de la tige et à sa distance par rapport à la paroi terminale en sorte que les coeffi- cients de réflexion par rapport aux polarisationsrecti- lignes incidentes à la fois en alignement avec la tige et orthogonalement à celle-ci aient des angles de phase différant de 1800. Le moteur 25 peut être un moteur à courant alternatif ou à courant continu, ou un moteur pas à pas, et il peut comporter si nécessaire un réducteur à engre- nages En variante, l'arbre peut être tourné à la main, ou de n'importe quelle autre matière. La tige 28 n'a pas besoin d'être en un maté- riau métallique, son effet étant cependant un tant soit peu différent si l'on utilise un matériau diélectrique. En variante, la tige peut être remplacée par un disque en un matériau diélectrique qui porte un réseau de traits métalliques 31 sur l'une et/ou l'autre de ses deux faces, comme représenté par la figure 4. L'orientation de la feuille de diélectrique 29 et celle de la carte résistive 30 dépendent de la polarisation de l'énergie incidente La feuille de dié- lectrique peut être remplacée par des tiges inductives ou par des pastilles capacitives Cette technique est décrite dans l'article de Fox cité plus haut, et aussi ailleurs dans la littérature La carte résistive 30 doit être perpendiculaire au plan de polarisation. Le déphaseur peut être utilisé en association avec un ensemble de guide d'ondes à section circulaire, auquel cas la fenêtre 21 présente les mêmes dimensions que le corps 20, et la section d'adaptation 22 est supprimée. REVENDICATIONS 1 Dispositif déphaseur pour hyperfréquences, caractérisé en ce qu'il comprend un tronçon de guide d'ondes ( 20) à section droite circulaire présentant une extrémité fermée ( 23) et une extrémité ouverte ( 21) et étant d'une forme propre à n'admettre qu'un seul mode de propagation à une fréquence voulue, un organe polari- sant ( 29) de déphasage fixe situé dans le tronçon de guide d'ondes et présentant des dimensions et une posi- tion à l'intérieur du tronçon propres à faire en sorte que de l'énergie hyperfréquence dirigée de celui-ci vers l'extrémité fermée ( 23) du tronçon soit polarisée circu- lairement, un arbre ( 27) en matériau diélectrique s'éten- dant en saillie à travers l'extrémité fermée ( 23) du tronçon de guide d'ondes le long de l'axe longitudinal de celui-ci de façon à pouvoir tourner autour de cet axe, et un élément tournant ( 28) porté par ledit arbre dans un plan perpendiculaire audit axe entre l'organe polari- sant ( 29) et l'extrémité fermée ( 23) du tronçon, la forme et la position de l'élément tournant ( 28) étant telles que l'élément puisse subir autour dudit axe une rotation telle que l'énergie hyperfréquence à polarisa- tion rectiligne pénétrant par l'extrémité ouverte ( 21) du tronçon de guide d'ondes sorte de ce tronçon par réflexion avec un coefficient de réflexion dont le module est égal à l'unité et dont l'angle de phase puisse être réglé de façon continue sur une gamme de 3600 dans les deux sens. 2 Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'organe de déphasage fixe comprend une feuille ( 29) de matériau diélectrique disposée à 450 par rapport au plan de polarisation de l'énergie hyperfré- quence incidente. 3 Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément tournant comprend 2 J 504737 une tige métallique ( 28) située à une distance de l'ex- trémité fermée ( 23) du tronçon de guide d'ondes comprise entre le quart et le huitième d'une longueur d'onde du guide. 4 Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément tournant comprend une pièce plane ( 40) en matériau diélectrique portant sur l'une au moins de ses faces un réseau de traits ( 41) élec- triquement conducteurs. 5 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'arbre ( 27) est actionna- ble en rotation par un moteur électrique ( 25). 6 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le tronçon de guide d'ondes comporte une fenêtre ( 21) à section rectangulaire et un transformateur quart-d'onde ( 22) disposé de façon à adapter la fenêtre au corps du tronçon. 7 Dispositif selon l'une d-es revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une pièce ( 30) en matériau résistif disposée perpendiculairement au plan de polarisation du rayonnement incident.