Brevet FR2507826A1 — publié le 19821217

SOURCE PRIMAIRE A REUTILISATION DE FREQUENCES La présente invention se rapporte à une source primaire à très large bande pour antenne de communications spatiales et plus préciséme- ment pour antenne de station terrienne fonctionnant avec réutilisation de fréquences, c'est-à-dire avec utilisation d'une même bande de fréquences dans deux polarisations orthogonales. Les communications spatiales utilisent actuellement deux groupes de bandes de fréquences Dans le premier groupe la liaison montante appelée "émission" dans ce qui suit, s'effectue entre 5,925 et 6,425 G Hz et la liaison descendante appelée, "réception" dans ce qui suit, s'effectue entre 3,7 et 4,2 G Hz Dans le second groupe la liaison montante ou "émission" s'effectue entre 14 et 14, 5 G Hz et la liaison descendante ou "réception" entre 10,95 et 11,7 G Hz. Depuis peu, il est question d'élargir les bandes de fréquences pour permettre d'augmenter la capacité de transmission; or ces nouvelles bandes sont nettement plus larges puisque la bande pour l'émission va de , 85 à 7,075 G Hz et la bande pour la "réception" de 3,4 à 4,2 G Hz et de 4,5 à 4,8 G Hz. Les sources primaires connues, dont deux exemples seront donnés plus loin, ne permettent pas de passer ces bandes, d'autant plus que les performances souhaitées sont supérieures ou au moins égales à celles obtenues avec les sources primaires existantes à réutilisation de fréquen- ces. L'objet de la présente invention est une source primaire capable de travailler dans les nouvelles bandes de fréquences indiquées ci-avant. Cette source primaire seloni l'invention est obtenue par des moyens qui, pris isolément, sont connus mais qui sont combinés de manière nouvelle permettant ainsi, d'une part d'améliorer les perfor- mances afin de passer les nouvelles bandes de fréquences et d'autre part de simplifier un certain nombre de ces moyens connus. Selon l'invention, une source primaire à réutilisation de fré- quences, est caractérisée par la combinaison ci-après, destinée à lui permettre un fonctionnement dans une très large bande: un cornet à deux types de rainures regulièrement alternées dont la profondeur diminue, pour chacun des deux types, du col vers l'ouverture, une jonction orthomode du type à filtre quasi-optique, ayant un premier accès couplé au cornet, un deuxième, et un troisième accès, un extracteur de mode couplé au troisième accès de la jonction, un premier et un second duplexeur de polarisation respecti- vement couplés par un premier accès au deuxième accès de la jonction et à la sortie de l'extracteur de mode, deux filtres rejecteurs respectivement couplés à un deuxième et à un troisième accès du second duplexeur, et un premier dispositit polariseur " 2 " couplé en série entre le cornet et le premier duplexeur et un second dispositif polariseur " 2 "couplé en serie entre le cornet et le second duplexeur. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques appa- raîtront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent: les figures I et 2 des sources primaires selon l'art connu, les figures 3 et 4 des sources primaires selon l'invention, les figures 5 et 6 des vues de détail de certains éléments selon les figures 3 et 4. Sur les différentes figures les éléments semblables portent les mêmes repères. Les principales réalisations connues de sources primaires à reutili- sation de fréquences peuvent être classees en deux catégories qui se différencient entre elles par l'emploi ou non de polariseurs couvrant à la fois les bandes 3,7 4,2 G Hz et 5,925 6,425 G Hz et qui seront dits dans ce qui suit polariseurs a large bande par opposition à des polariseurs couvrant des bandes plus étroites telles que 3,7 4,2 G Hz, 5, 925 6,425 G Hz, 3,4 4,8 G Hz, 5,85 7,075 G Hz. La figure I est relative à une source primaire n'utilisant pas un polariseur à large bande Dans cette source les polariseurs sont distincts: un pour la bande "réception" 3,7 4,2 G Hz et un pour la bande "émission" 5,925 6,425 G Hz. La figure I represente un cornet la couple, à travers un extrac- teur de mode, au premier acces d'un separateur de bandes aussi appele jonction orthomode, 3 a (orthomode junction ou OMJ dans la littérature anglo-saxonne) Des deuxième et troisième accès de la jonction orthomode 3 a partent deux voies: une voie emission et une voie réception. Le cornet la est un cornet à rainures (corrugated horn dans la littérature anglosaxonne) classique; il couvre les deux bandes 3,7 -4,2 G Hz et 5,925 6,425 G Hz. L'extracteur de mode 2 a (higher mode coupler dans la littérature anglosaxonne) a pour rôle de permettre d'extraire les signaux des modes specitiques à la reception qui se trouvent dans la bande 3,7 -4,2 G Hz. Comme il reçoit également les signaux de la bande "émission" pour les transmettre au cornet, il doit passer aussi la bande "émission" 5,925 - 6,425 G Hz C'est donc un element très important et qui doit être très performant I 1 est par conséquent difficile à réaliser en raison de sa large bande passante: 3,7 4,2 G Hz et 5,92) 6,425 G Hz soit Fmax/Fmin: 36425 = 1,736. 3,7 Le rôle de la jonction orthomode 3 est de grouper la réception et a l'émission pour n'avoir qu'un seul cornet; elle est réalisée de diverses façons, généralement à partir de filtres ou de coupleurs directifs. La voie émission comporte, en série entre le troisième accès de la jonction 3 a et les deux accès "réception" de la source primaire: un filtre de réjection, 16 r, un polariseur x 17, un polariseur, 18 et un duplexeur de polarisation 19 r dont les acces de polarisation horizontale et verticale constituent les deux acces "reception" de la source primaire. Le filtre de rejection, 16 r, arrête la bande émission ( 5,925 6,425 G Hz) ne laissant passer que la bande reception ( 3,7 4,2 G Hz). Le polariseur, 17 r ne couvre que la bande 3,7 4,2 G Hz ou Fmax/Fmin: 4, 2/3,7 = 1,13); c'est un polariseur de type 1/2 qui permet de transformer le champ à polarisation circulaire provenant du cornet en un champ à polarisation rectiligne. Le polariseur, 18, de type " 2 + = 1 ", permet de compenser electromecaniquement la dépolarisation lorsque la station dans laquelle se trouve la source primaire est equipee d'un système de détection de cette dépolarisation; il n'existe donc pas toujours dans les montages connus. Le duplexeur de polarisation (orthomode transducer ou OMT dans la littérature anglo-saxonne), 19 r, permet de séparer les deux polarisa- tions linéaires orthogonales de l'onde provenant des polariseurs 17 r '18 r* La voie émission comporte, en série entre les deux accès "émis- sion" de la source primaire et le deuxième accès de la jonction 3: un duplexeur de polarisation 19 e dont les accès de polarisation horizontale et de polarisation verticale constituent les deux accès "émission" de la source primaire, un polariseur A, 18 e et un polariseur 2 17 e. Dans la voie émission le duplexeur de polarisation 19 e permet de mélanger les deux polarisations linéaires orthogonales des ondes appli- quées sur ses deux accès de polarisation; le polariseur 18 e de type " 21 + 2-= i" a le même rôle que le polariseur 18 de la voie réception; 2 2 r quant au polariseur 17 qui est un polariseur de type 2 il ne couvre que la bande 5,925 6,425 G Hz o Fmax/Fmin = 1,0843. La figure 2 est relative à une source primaire connue utilisant un polariseur à large bande, commun aux voies émission et réception et couvrant donc les bandes 3,7 4,2 G Hz et 5,925 6,425 G Hz. La figure 2 représente un cornet la couplé, à travers un extrac- teur de mode 2, suivi d'un polariseur à large bande, 27, de type 2 X lui- a 2 ' même suivi d'un polariseur, 28, de type 2 + 2 = x ", au premier accès d'une jonction orthomode 3 a Des deuxième et troisième accès de la jonction orthomode 3 a partent deux voies: une voie émission et une voie réception. Le cornet la et l'extracteur de mode 2 a de la figure 2 sont respectivement identiques à ceux de la figure 1. Le polariseur à large bande, comme il a été indiqué plus haut, couvre les bandes 3,7 4,2 G Hz et 5,925 6,425 G Hz (soit Fmax/Fmin = 6 '425 = 1,736); c'est un élément difficile à réaliser et donc très coûteux. Le polariseur de type %, 28, a le même rôle que les polariseurs 18 r 18 e de la figure 1 mais est plus difficile à réaliser en raison de sa plus grande bande de fréquences de fonctionnement. La jonction orthomode 3 a a le même rôle que la jonction 3 de la figure 1. La voie réception de la source primaire selon la figure 2 comporte en série un filtre de réjection 16 r et un duplexeur de polarisation 19 r identiques tant en ce qui concerne leur constitution que leur rôle au filtre 16 r et au duplexeur 19 r selon la figure 1 De même la voie émission de la source primaire selon la figure 2 comporte un duplexeur de polarisation 19 e Yidentique au duplexeur 19 e de la figure 1. Les figures 3 et 4 sont relatives à deux sources primaires destinées à fonctionner à des fréquences allant de 3,4 à 7,075 G Hz, c'est- à-dire correspondant à plus d'un octave 7 ' 75 = 2,08. 3,4 La figure 3 représente un cornet 1 sur lequel est connecté le premier accès d'une jonction orthomode 3 Des deuxième et troisième accès de la jonction 3 partent deux voies: une voie émission-et une voie réception. Le cornet 1 est un cornet à deux types de rainures régulièrement alternées dont la profondeur diminue, pour chacun des deux types, du col du cornet vers son ouverture Des cornets de ce type sont décrits dans la demande de brevet français N O 79 11316 du 4 mai 1979 La figure 5 montre, dans une vue en coupe longitudinale, un cornet de ce genre; ce cornet présente un diamètre d'ouverture de 1000 mm et une longueur de la partie rainurée de 3000 mm; sur la figure 5 les proportions n'ont pas été respectées pour mieux faire ressortir la variation de profondeur des rainures. La jonction orthomode 3 comporte un premier guide d'ondes circu- laire dont une extrémité est couplée au cornet 1 et dont l'autre extrémité constitue l'accès de la voie réception; ce premier guide circulaire présente quatre fentes latérales disposées à un même niveau et décalées de 90 les unes par rapport aux autres; des guides rectangulaires relient ces quatre fentes par paires opposées, à travers deux Tés-magiques, aux paires opposées de quatre fentes latérales d'un second guide circulaire; ce second guide circulaire, dont les fentes latérales sont disposées comme sur le premier guide, est court-circuité à l'une de ses extrémités et a son autre extrémité qui constitue l'accès de la voie émission A l'intérieur du premier -guide circulaire de la jonction orthomode 3, entre les fentes latérales et Paccès de la voie réception, se trouve un jeu de filtres quasi- optiques; chacun de ces filtres est, comme le montre la figure 6, constitué par un dipôle métallique croisé, 13 b' déposé sur un support diélectrique, 13 a formé d'une feuille en oxyde de beryllium, solidaire de la paroi du guide cylindrique; cette feuille est perpendiculaire à l'axe longitudinal du guide circulaire. La figure 3 montre que la voie réception comporte, entre le troisième accès de la jonction 3 et les deux accès réception de la source primaire: un extracteur de modes, 2, un polariseur de type N, 8 r, un polariseur de type 2 ' 7, un duplexeur de polarisation, 9 X dont les deux accès de polarisation sont respectivement couplés aux deux accès de réception de la source primaire par deux filtres rejecteurs 6 a ' 6 b* La voie émission, quant à elle, comporte, en série à partir des deux accès émission de la source primaire, un duplexeur de polarisation, 9,e, un polariseur de type Il' 7 e et un polariseur de type a, 8, couplé au deuxième accès de la jonction orthomode 3. Il est à remarquer sur la figure 3 que l'extracteur de modes, 2, à l'inverse des extracteurs de modes, 2 a, des figures I et 2 se trouve situé uniquement dans la voie réception; il n'a donc à couvrir que la bande 3,4 - 4,8 G Hz, (Fmax/Fmin = 1,41) qui est une bande nettement plus étroite que celle des autres versions connues Il présent de plus l'avantage de ne pas être traversé par la puissance de la bande émission De ce fait, sa conception est plus simple et son coût moindre pour de meilleures performances. Les polariseurs réception 8 r ' 7 r de la figure 3 ont à couvrir une bande plus étroite que les polariseurs réception selon les figures 1 et 2; leur conception est donc également plus simple et leur coût moindre pour des performances meilleures. Les duplexeurs de polarisation réception, 9, et émission, 9 e,sont sans changement par rapport aux autres versions connues existantes (figures 1 et 2). Quant aux polariseurs émission 7,e 8 e la bande qu'ils ont à couvrir est limitée à la bande émission (Fmax/Fmin = 7075 = 1,21) et est donc ,85 nettement plus étroite que celle des polariseurs de la version à large bande précitée (figure 2) Ils sont donc, eux aussi, plus simples et d'un prix de revient inférieur pour de meilleures performances c'est-à-dire pour des pertes plus faibles et un meilleur taux d'ellipticite. La figure 4 est un autre exemple de réalisation d'une source primaire selon l'invention Cette réalisation ne diffère de celle selon la figure 3 que par le fait que les polariseurs de type ne sont plus placés dans les voies émission et réception mais dans la partie commune c'est-à- dire entre le cornet l et la jonction orthomode 3 Il est de plus à noter que, pour des raisons de facilité de réalisation, deux polariseurs de type, ont été utilisés: un polariseur, 7, destiné à la bande 4 7,075 G Hz et un polariseur, 7 ', destiné à la bande 3,4 4 G Hz Cette réalisation a l'avantage, par rapport à celle selon la figure 3, de réduire la distance entre le filtre quasi-optique de la jonction orthomode 3 (ou séparateur de bandes) et les filtres à réjection 6 a y 6 b; ceci permet d'éviter les résonances qui seraient dues aux signaux "émission" qui auraient pu passer à travers le filtre quasi-optique de la jonction orthomode 3 en direction de la voie "réception". L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits à l'aide des figures 3 à 6, c'est ainsi qu'elle peut s'appliquer à d'autres bandes de fréquences. REVENDICATIONS 1 Source primaire à reutilisation de frequences, caractérisee par la combinaison ci-aprés, destinee à lui permettre un fonctionnement dans une très large bande: un cornet ( 1) a deux types de rainures regulierement alternées dont la profondeur diminue, pour chacun des deux types, du col vers l'ouverture, une jonction orthomode ( 3) du type à filtre quasioptique ayant un premier acces couple au cornet et un deuxième et un troisième acces, un extracteur de mode ( 2) couplé au troisième accès de la jonction, un premier et un second duplexeur ( 9 e ' 9rd de polarisation respectivement couples, par un premier acces, au deuxième acces de la jonction et à la sortie de l'extracteur de mode, deux filtres rejecteurs ( 6 a, 6 r) respectivement couples à un deuxième et a un troisième accès du second duplexeur, et un premier dispositif polariseur " 2 " ( 7 e 7,7 ') couplé en _î 7 e opée série entre le cornet et le premier duplexeur et un second dispositif polariseur "-" 7 r 7,7 ') couple en série entre le cornet et le second duplexeur. 2 Source primaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier dispositif polariseur " " ( 7 e) est couple en serie entre la 2 e etcul nsreetel jonction orthomode ( 3) et le premier duplexeur de polarisation ( 9 e) et en ce que le second dispositif polariseur "" ( 7 r) est couplé en série entre 2 r l'extracteur de mode ( 2) et le second duplexeur de polarisation ( 9 r). 3 Source primaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier et le second dispositif polariseur " " sont confondus en un même dispositif polariseur "-s même dispositif polariseur l 2 I ( 7,7 '7 couplé en série entre le cornet ( 1) et la jonction orthomode ( 3). 4 Source primaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un premier dispositif polariseur "X" ( 8 e) est couplé en série entre la jonction orthomode ( 3) et le premier duplexeur de polarisation ( 9 e) et en ce qu'un second dispositif polariseur "x" ( 8 r) est couplé en serie entre la jonction orthomode ( 3) et le second duplexeur de polarisation ( 9 r).