Brevet FR2507391A1 — publié le 19821210

PERFECTIONNEMENT AUX DISPOSITIFS H YPERFREQUENCES NON RECIPROQUES A ONDES DE SURFACE ELECTROMAGNETIQUES, ET UTILISATION DE TELS DISPOSITIFS La présente invention concerne un dispositif hyperfréquence non réciproque à ondes de surface électromagnétiques, tel que par exemple un isolateur ou un déphaseur. On appelle dispositif non réciproque. un dispositif dont les caractéristiques de transmission (atténuation, déphasage) changent suivant le sens de propagation des ondes à travers ledit dispositif. En outre, on désigne par ondes de surface électromagnétiques, des ondes dont la propagation dans une direction perpendiculaire à l'aimantation d'un matériau anisotrope, tel qu'un ferrite, présente des modes d'un type nouveau, appelés modes gyromagnétiques anor maux provenant des propriétés anisotropes du ferrite.Pour une description détaillée de ces ondes dites de surface, on se reportera par exemple à l'article publié dans la revue "Câbles et Trans mission", n" 4, octobre 1973, pages 416 à 435, intitulé: "Propagation dans une lame de ferrite aimantée, application à de nouveaux dispositifs non réciproques à large bande", et au brevet français accordé à la Société LIGNES TELEGRAPHIQUES ET TELEPHONIQUES le 10 janvier 1977 sous le nO 2 139 767, concer nant : "Dispositifs non réciproques à ondes de surface". D'autre part, on connaît déjà des structures de dispositif hyperfréquence non réciproque utilisant la propagation d'ondes élec tromagnétiques de surface dans un milieu constitué d'un matériau gyromagnétique ou ferrimagnétique. On se reportera par exemple au brevet français accordé à la Société LIGNES TELEGRAPHIQUES ET TELEPHONIQUES le 16 août 1978 sous le n" 2 344 1407 concer nant : "Isolateurs à large bande fonctionnant aux longueurs d'onde centimétriques".Selon ce brevet, I'isolateur, de structure triplaque, comporte: - deux plaquettes- parallèles superposées en matériau gyro magnétique, servant à la propagation des ondes de surface électromagnétiques; - un conducteur plan disposé entre les deux plaquettes, convertissant l'onde d'entrée en une onde de surface, et l'onde de surface en une onde de sortie; - deux plaques conductrices disposées de part et d'autre des deux plaquettes; - un circuit magnétique de polarisation, disposé à l'extérieur du volume compris entre les deux plaques conductrices, et comprenant deux aimants réunis par un circuit magnétique de fermeture permettant d'établir un champ magnétique homogène perpendiculaire à la direction de propagation des ondes de surface; et - deux charges absorbantes superposées, disposées le long des deux plaquettes, et situées de part et d'autre du conducteur plan. Toutefois, un dispositif isolateur du type décrit précédemment présente des inconvénients. En effet, le fait d'utiliser deux aimants et de les disposer à l'extérieur des plaques conductrices délimitant l'espace où se propagent les ondes de surface, provoque un encombrement important des aimants et augmente considérablement le volume du dispositif hyperfréquence. De plus, les aimants utilisés constituent des pièces relativement lourdes, ce qui augmente notablement-le poids total dudit dispositif. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif hyperfréquence non réciproque à ondes de surface électromagnétiques, qui est de faible volume, de poids peu élevé, et présente d'excellentes performances globales en hyperfréquence. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif hyperfréquence non réciproque à ondes de surface électromagnétiques; comportant: -- au moins deux plaquettes parallèles en matériau gyromagnétique, appliquées l'une contre l'autre, et dans lesquelles se propagent les ondes de surface; - au moins deux plaques conductrices parallèles aux pla quettes, et montées en appui de part et d'autre des deux plaquettes, respectivement; - au moins un conducteur plan disposé entre les deux plaquettes, convertissant une onde de volume présente à l'entrée du dispositif en une onde de surface destinée à se propager dans les plaquettes en matériau gyromagnétique, et convertissant à la sortie du dispositif l'onde de surface en une onde de volume ; et - un circuit magnétique de polarisation des deux plaquettes en matériau gyromagnétique, établissant un champ. magnétique dans lesdites plaquettes ; caractérisé en ce que le circuit magnétique de polarisation comporte un aimant permanent plat, parallèle aux plaquettes, s'étendant sensiblement sur toute la longueur des plaquettes, et disposé entre les deux plaques conductrices en étant en contact avec elles, lesdites plaques constituant ainsi les pièces polaires de l'aimant. On comprend qu'ainsi la présence d'un seul aimant, au lieu de deux selon l'art antérieur, et disposé à l'intérieur du volume compris entre les deux plaques conductrices, assurera un encombrement réduit dudit aimant, permettant ainsi au dispositif de se présenter sous une forme compacte. De plus, le montage de l'aimant entre les deux plaques conductrices permettra d'obtenir un circuit à induction constante quasi sans entrefer. Dès lors, le flux magnétique de l'aimant permanent, parfaitement canalisé par les plaques conductrices et les plaquettes en matériau gyromagnétique, engendrera de faibles pertes, et améliorera par conséquent l'efficacité du circuit magnétique de polarisation. L'invention vise également une utilisation du dispositif hyperfréquence selon l'invention, cette utilisation étant caractérisée par le fait que le dispositif constitue un isolateur à large bande. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale du dispositif hyperfréquence selon l'invention ; et - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne ll-ll de la figure 1, cette coupe étant réalisée pour le dispositif complet selon l'invention. Pour une bonne compréhension de la description, les éléments représentés sur la figure 1 correspondent à ceux situés à gauche de l'axe XX' de la figure 2. Suivant un exemple de réalisation, et en se reportant aux figures 1 et 2, on a représenté en 1 un dispositif isolateur hyperfréquence non réciproque utilisant des ondes de surface électromagnétiques, et à grande largeur de bande, c'est-à-dire comprise par exemple entre 1,5 et 2,5 octaves. Le dispositif isolateur 1, d'axe longitudinal YY', comporte deux plaquettes parallèles 2 et 3, de longueur L, réalisées en matériau gyromagnétique, tel qu'un ferrite poli de Lithium. Les deux plaquettes 2 et 3, dans lesquelles se propagent les ondes de surface, sont appliquées l'une contre l'autre, et leurs faces latérales respectives 2a et 3a (figure 2) sont fixées, par exemple par collage, sur deux plaques conductrices 5 et 6, de largeur 1, et disposées parallèlement aux deux plaquettes 2 et 3. Les deux plaques conductrices 5 et 6 sont en fer doux ou en acier doux, et leurs faces latérales respectives, sur lesquelles sont fixées les deux plaquettes 2 et 3, sont obtenues par rectification, et sont recouvertes uniformément d'une mince couche d'un matériau de bonne conductivité, tel que par exemple de l'argent. Comme il apparaît sur la figure 2, les plaques conductrices 5 et 6 constituent les deux faces latérales d'un boîtier parallélépipédique 10 protégeant l'isolateur. Les deux plaques 5 et 6 sont rendues solidaires l'une de l'autre par tout système de fixation approprié, constitué par exemple par un ensemble de vis 12 se logeant dans des trous de fixation 13 pratiqués dans les deux plaques 5 et 6. Le boîtier 10 est fermé par deux plaques supérieure 15 et inférieure 16 présentant chacune une forme de U en section longitudinale. L'isolateur 1 comporte également deux charges absorbantes 18 et 19 appliquées l'une contre l'autre, et montées sur les deux plaquettes en matériau gyromagnétique 2 et 3, respectivement. La charge absorbante 18 est par exemple une charge continue de forme trapézoydale, et la charge 19 est constituée par exemple par deux barreaux parallélépipédiques placés le long de la direction de propagation, comme cela est décrit dans le brevet français accordé à la Société LIGNES TELEGRAPHIQUES ET TELEPHONIQUES le 16 août 1978 sous le nO 2 344 140, concernant: "Isolateurs à large bande fonctionnant aux longueurs d'onde centimétriques". Entre les deux plaquettes 2 et 3, et entre les deux charges absorbantes 18 et 19, est interposé un conducteur plan 22, par exemple en cuivre, convertissant une onde de volume du type TEM présente à l'entrée de l'isolateur en une onde de surface électromagnétique, et convertissant à la sortie de l'isolateur l'onde de surface en une onde de volume TEM. Dans le but d'augmenter la largeur de bande de l'isolateur 1, il est d'usage de donner au conducteur plan 22 une forme particulière. Ainsi, comme il apparaît sur la figure 1, le conducteur 22 présente par exemple une forme sensiblement trapézoldale dont le grand côté 22a et le petit côté 22b sont disposés suivant l'axe longitudinal YY' des plaquettes en matériau gyromagnétique, et dont les deux autres cotés 22c et 22d sont constitués par deux parties curvilignes, respectivement, tournant leur convexité vers le grand côté 22a. On a représenté en 25 et 26 (figure 1) les connecteurs d'entrée et de sortie, de structure classique, fixés aux deux extrémités 28 -et 29-du conducteur plan 22. L'isolateur 1 comporte de plus un circuit magnétique de polarisation des deux plaquettes 2 et 3 en matériau gyromagnétique, destiné à ktablir un champ magnétique homogène perpendiculaire à la direction de propagation des ondes de surface. Plus précisément, le circuit de polarisation comprend un unique aimant permanent plat 30, de forme parallélépipédique, parallèle aux plaquettes 2 et 3, et disposé entre les deux plaques conductrices 5 et 6 en étant en contact avec elles. L'aimant permanent 30 est en ferrite anisotrope, tel que par exemple le ferrite de Strontium, dont la section est déterrninée de manière à ajuster le champ magnétique. La face inférieure de l'aimant plat 30 est fixée, par exemple par collage, sur la plaque de fermeture inférieure 16, et ses deux faces latérales sont fixées, par exemple par collage, sur les faces latérales intérieures des- deux plaques conductrices 5 et 6, respectivement. L'aimant 30 est donc disposé en-dessous des deux plaquettes en matériau gyromagnétique 2 et 3, et les deux plaques conductrices 5 et 6 constituent les pièces polaires de l'aimant 30. Dans ces conditions, I'incorporation de l'aimant 30 entre les deux plaques 5 et 6 du boîtier 10, permet une réduction de masse du dispositif isolateur, de l'ordre de 50 % par rapport aux isolateurs selon l'art antérieur. A titre illustratif, la Demanderesse a réalisé un isolateur selon l'invention fonctionnant dans la bande de fréquences comprise entre 7 et 18 GHz et comprenant un milieu de propagation constitué par deux plaquettes en ferrite de Lithium-Titane, et un aimant plat en ferrite de Strontium. Le poids total de cet isolateur est de l'ordre de 50 g. Dans la bande de fréquences considérée, les pertes d'insertion de l'isolateur restent inférieures à 2 dB, l'isolation reste supérieure à 20 dB et le taux d'ondes stationnaires reste inférieur à 1,4. On notera que la description ci-dessus a été faite en référence à un isolateur à ondes de surface électromagnétiques. Bien sûr, l'invention s'applique également à tout autre dispositif hyperfréquence utilisant une onde de surface électromagnétique, et notamment aux déphaseurs, sans sortir du cadre de l'invention. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté et comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si cellesci sont effectuées suivant l'esprit de l'invention et mises en oeuvre -dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Dispositif hyperfréquence non réciproque à ondes de surface électromagnétiques, comportant: - au moins deux plaquettes parallèles (2, 3) en matériau gyromagnétique, appliquées l'une contre l'autre, et dans lesquelles se propagent les ondes de surface; - au moins deux plaques conductrices (5, 6) parallèles aux plaquettes, et montées en appui de part ét d'autre des deux plaquettes (2, 3), respectivement; - au moins un conducteur plan (22) disposé entre les deux plaquettes (2, 3), convertissant une onde de volume présente à l'entrée du dispositif en une onde de surface destinée à se propager dans les plaquettes en matériau gyromagnétique, et convertissant à la sortie du dispositif l'onde de surface en une onde de volume; et - un circuit magnétique de polarisation des deux plaquettes en matériau gyromagnétique, établissant un champ. magnétique dans lesdites plaquettes ; caractérisé en ce que le circuit magnétique de polarisation comporte un aimant permanent plat (30), parallèle aux plaquettes (2, 3), s'étendant sensiblement sur toute la longueur des plaquettes, et disposé entre les deux plaques conductrices (5, 6) en étant en contact avec elles, lesdites plaques (5, 6) constituant ainsi les pièces polaires de l'aimant (30). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux plaques conductrices (5, 6) sont les deux faces latérales d'un boîtier (10), respectivement, et solidaires l'une de l'autre, ledit boîtier enfermant les deux plaquettes (2, 3) en matériau gyromagnétique et l'aimant permanent (30). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le boîtier (10) est un parallélépipède dont les deux faces terminales et les faces supérieure et inférieure sont constituées par deux plaques de fermeture (15, 16) présentant chacune une forme de U en section longitudinale. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, carac térisé en ce que les faces des deux plaques conductrices (5, 6), venant en appui sur les plaquettes (2, 3) en matériau gyromagnétique et sur l'aimant (30), sont recouvertes d'une couche en argent. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les faces des deux plaques conductrices (5, 6), venant en appui sur les plaquettes (2, 3) en matériau gyromagnétique et sur l'aimant (30), sont obtenues par rectification. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'aimant permanent (30) est monté solidairement sur la face inférieure du boîtier (10), ledit aimant étant ainsi disposé endessous des deux plaquettes (2, 3) en matériau gyromagnétique. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'aimant permanent (30) est en ferrite anisotrope. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre deux pièces formant connecteurs (-25, 26) fixées aux deux extrémités (28, 29) du conducteur plan (22), respectivement. 9. Utilisation d'un dispositif hyperfréquence selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif constitue un isolateur (1). 10. Utilisation selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'isolateur comporte au moins deux charges absorbantes (18, 19) appliquées l'une contre l'autre, et disposées sur les deux plaquettes (2, 3) en matériau gyromagnétique, respectivement, le conducteur plan (22) étant interposé entre les deux plaquettes et entre les deux charges. 11. Utilisation selon l'une des revendications 9 et t0, caractérisée en ce que le conducteur plan (22) présente une forme sensiblement trapézoldale dont les grand (22a) et petit (22b) côtés sont disposés suivant l'axe longitudinal des plaquettes (2, 3) et dont les deux autres côtés (22c, 22d) sont constitués par deux parties curvilignes, respectivement, tournant leur convexité vers le grand coté (22a), les deux connecteurs (25, 26) étant reliés aux deux sommets (28, 29) adjacents au grand côté, respectivement.