Brevet FR2515432A1 — publié le 19830429

La présente invention concerne le domaine des cou- pleurs et des duplexeurs de puissance L'invention porte plus particulièrement sur un coupleur de puissance de dimensions réduites assurant la transition entre un guide d'ondes et une ligne de transmission, et sur un duplexeur de dimensions réduites. Les satellites en orbite terrestre utilisent fré- quemment la même antenne pour émettre des signaux vers la terre et pour recevoir des signaux à partir de la terre Les fréquences du signal émis et du signal reçu sont habituelle- ment différentes dans un tel cas, pour éviter un brouillage entre les signaux Par exemple, la fréquence d'émission peut être de 4 G Hz, tandis que le signal reçu par l'antenne du satellite est à 6 G Hz Chaque signal provient d'un équipe- ment différent à l'intérieur du satellite ou est dirigé vers un équipement différent, ce qui fait qu'il est nécessai- re d'avoir un composant à trois accès assurant le couplage de la puissance micro-onde entre l'antenne commune et les équipements d'émission et de réception On appelle habituel- lement duplexeur ce composant à trois accès Il doit Etre capable d'isoler efficacement l'un de l'autre les signaux d'émission et de réception et, pour des raisons évidentes, il doit être aussi léger et petit que possible. Les duplexeurs sont connus de façon générale et diverses configurations ont été utilisées à bord de satelli- tes dans le passé Certains de ces duplexeurs de l'art anté- rieur ont une longueur ne dépassant pas 15 cm et ils assurent une isolation acceptable entre les fréquences d'émission et de réception Par exemple, un duplexeur de l'art antérieur consiste en un premier guide d'ondes qui est couplé à une extrémité à un second guide d'ondes, et qui est couplé par fente à un troisième guide d'ondes, à travers une paroi étroite du premier guide d'ondes Le premier guide d'ondes est couplé au second par l'intermédiaire d'un transformateur d'impédance à épaulement Ce duplexeur de l'art antérieur est relativement grand et lourd à cause de la présence du transformateur d'impédance à épaulement Il serait souhaita- ble de disposer d'un duplexeur qui soit beaucoup plus petit que les dispositifs de l'art antérieur, tout en procurant une isolation encore meilleure entre les signaux. L'invention a pour but de réaliser un duplexeur nouveau et perfectionné qui surmonte les difficultés décrites ci-dessus qu'on rencontre dans les duplexeurs de l'art anté- rieur, et qu'on puisse utiliser pour coupler vers l'équipe- ment approprié un signal reçu par une antenne, et pour cou- pler vers l'antenne un signal généré à l'intérieur d'un satellite. L'invention a également pour but de réaliser un duplexeur de dimensions extrêmement réduites qui assure une excellente isolation entre les signaux d'émission et de réception. L'invention a également pour but de transmettre de l'énergie entre des accès d'une manière aussi efficace que possible et avec l'encombrement le plus réduit possible. Pour parvenir à ces buts, tout en supprimant les inconvénients de l'art antérieur décrits ci-dessus, l'inven- tion procure un coupleur de puissance micro-onde de faibles dimensions comportant un premier guide d'ondes avec un court- circuit à une extrémité, une cavité qui résonne à une fré- quence nominale choisie et qui est couplée par fente à l'extrémité en court-circuit du premier guide d'ondes, et une ligne de transmission coaxiale qui est couplée à la cavité résonnante Dans un autre mode de réalisation de l'invention, ce coupleur de puissance est modifié pour former un duplexeur de faibles dimensions, par l'incorporation d'un second guide d'ondes qui est couplé par fente à une paroi étroite du premier guide d'ondes. L'un des avantages de l'invention consiste en ce que ce duplexeur est relativement léger et de dimensions réduites, en comparaison du duplexeur de l'art antérieur décrit précédemment Ceci est un avantage important dans les applications concernant les satellites Un autre avan- tage consiste en ce que la fente de couplage à l'extrémité en courtcircuit du premier guide d'ondes de l'invention procure une meilleure réfection des fréquences indésirables que le transformateur d'impédance à épaulement de l'art anté- rieur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue en perspective d'un cou- pleur de puissance de dimensions réduites correspondant à un mode de réalisation de l'invention. La figure 2 est une coupe du mode de réalisation de l'invention qui est représenté sur la figure 1. La figure 3 est une vue en perspective d'un cou- pleur de puissance de dimensions réduites qui correspond à un second mode de réalisation de l'invention. La figure 4 est une coupe latérale du mode de réalisation de l'invention qui est représenté sur la figu- re 3. La figure 5 est une vue de dessus du mode de réa- lisation de l'invention qui est représenté sur la figure 3. La figure 6 est une coupe du second mode de réali- sation de l'invention, selon la ligne 6-6 de la figure 4. La figure 7 est une coupe du second mode de réali- sation de l'invention selon la ligne 7-7 de la figure 4. Le coupleur de puissance de dimensions réduites 10 représenté sur la figure 1 comprend-un premier guide d'ondes rectangulaire 12 et une ligne de transmission coa- xiale carrée 14, fonctionnant en mode TEM Ce coupleur de puissance 10 mesure 2,908 cm de largeur et 8,89 cm de lon- gueur La première section de guide d'ondes 12 mesure 5,82 cm de hauteur et la partie de ligne de transmission 14 s'étend sur environ 5 cm au- dessus de la première section de guide d'ondes 12 La partie de ligne de transmission 14 pourrait naturellement être un peu plus courte. Le coupleur de puissance 10 est représenté de façon plus détaillée sur la figure 2 Le premier guide d'ondes 12 est fixé fermement à la ligne de transmission 14 par des vis (ror représentées) ou d'autres moyers appropriés. La ligne de transmission 14 comporte un ccnducteur extérieur 16 et un conducteur intérieur 18 Le conducteur ir térieur 18 et la paroi intérieure du conducteur extérieur 16 ont tous deux une section transversale carrée et ont le même axe. Le conducteur extérieur 16 a une forme qui définit une cavité 20 derrière le conducteur intérieur, dans une par- tie de la ligne de transmission 14 qui se trouve derrière le premier guide d'ondes 12 et qui est centrée sur l'axe longi- tudinal de ce dernier La cavité 20 est plus profonde et - plus large que la section transversale de la ligne de trans- mission 14 La section 22 du conducteur extérieur 16 qui s'étend de la manière représentée entre les parois supérieure et inférieure du premier guide d'ondes 12 court-circuite effectivement toute énergie électromagnétique qui se propage dans le premier guide d'ondes 12 On peut donc l'appeler le court-circuit de guide d'ondes 22 Une première fente 24 est formée dans le court-circuit de guide d'ondes 22, et sa fré- quence nominale de résonance est de 6 G Hz La première fente 24 est orientée parallèlement au plan des parois étroites du premier guide d'onde 12 et son axe médian coïncide avec l'axe longitudinal du premier guide d'ondes Deux transforma- teurs à épaulement et à paroi mince, 26 et 28, sont montés sur la surface du court-circuit de guide d'ondes, 22 La ligne de transmission 14 est terminée de la manière représen- tée à son extrémité inférieure par une section courte en court-circuit 30. Un coupleur de puissance 10 est conçu pour coupler de l'énergie électromagnétique ayant une fréquence d'environ 6 G Hz (bande de 5,925 G Hz à 6,425 G Hz) de l'accès d'entrée/ sortie 32 du premier guide d'ondes 12 vers l'accès d'entrée/ sortie 34 de la ligne de transmission 14, ou inversement. L'énergie qui entre par l'accès 32 du premier guide d'ondes se propage le long du premier guide d'ondes 12 vers les transformateurs 26 et 28 et vers la première fente 24. L'énergie qui se propage est court-circuitée par le court- circuit de guide d'ondes 22, mais la première fente 24, qui résonne à 6 G Hz, induit des courants Ces courants de la fente rayonnent de l'énergie dans la cavité 20 qui est éga- lement conçue pour résonner à 6 G Hz. La ligne de transmission coaxiale TEM carrée 14 est conçue pour acheminer de l'énergie à 6 G Hz, et elle est couplée dans ce but à la cavité 20 L'énergie est transmise de la cavité 20 vers l'accès de ligne de transmission 34, o elle peut être dirigée vers une charge (non représentée). Lorsque de l'énergie est appliquée à l'accès de ligne de transmission 34, elle est dirigée vers la section courte en court-circuit 30, dans laquelle toutes les fré- quences sont court-circuitées Un rapport d'ondes station- naires (Ra S) très élevé est créé dans la ligne de transmis- sion 14 au voisinage de la première fente 24, qui se trouve à un nombre entier prédéterminé de quarts de longueur d'onde par rapport à l'extrémité court-circuitée 30 de la ligne de transmission 14 Le ROS élevé dans la cavité résonnante 20 génère de l'énergie à 6 G Hz, et cette énergie est couplée par la fente 24 vers le premier guide d'ondes 12 L'énergie se propage ensuite en aval dans le premier guide d'ondes 12 et sort par l'accès de guide d'ondes 32 Les deux transfor- mateurs à épaulement 26 et 28 ont pour fonction d'adapter l'impédance du premier guide d'ondes 12 et celle de la pre- mière fente 24. La figure 3 montre un autre coupleur de puissance 40 conforme à un second mode de réalisation de l'invention. Ce coupleur 40 est identique au coupleur de puissance 10 décrit ci-dessus, à l'exception du fait qu'il comporte un second guide d'ondes 43 qui est couplé par fente au premier guide d'ondes 12 On utilise le second guide d'ondes 42 pour conduire de l'énergie électromagnétique ayant une fré- quence de 4 G Hz (bande de 3,7 G Hz à 4,2 G Hz) vers le premier guide d'ondes 12, et à partir de celui-ci Ce mode de réali- sation de l'invention peut être appelé duplexeur. Sur la figure 4, le second guide d'ondes 42 est couplé à l'une des parois étroites du premier guide d'ondes 12 par une seconde fente 44 Le second guide d'ondes compor- te a'n diaphragna lcngitudinal 46, un diaphragme inductif 48 15432 et deux vis d'accord capacitif 50 et 52, comme le montrent les figures 5 et 7. Un dispositif 54 assurant la transition entre une structure coaxiale carrée et une structure coaxiale filaire est monté sur l'accès 34 de la ligne de transmission La figure 6 montre de façon plus détaillée la section transver- sale de la ligne de transmission. Le fonctionnement du duplexeur 40 est le même que celui décrit ci-dessus pour le coupleur de puissance 1 0, en ce qui concerne le couplage de l'énergie à 6 G Hz entre le premier guide d'ondes 12 et la ligne de transmission 14 Le second guide d'ondes 42 permet de coupler l'énergie à 4 G Hz entre les deux guides d'ondes Lorsque l'énergie qui entre par l'accès 32 du premier guide d'ondes est mise en court- circuit au niveau du court-circuit de guide d'ondes 22, un ROS très élevé est établi à des nombres entiers de longueurs d'onde (à 4 G Hz) du courtcircuit 22 La seconde fente 44 est orientée parallèlement à l'axe du premier-guide d'ondes et son centre se trouve à un nombre entier de quarts de lon- gueurs d'onde (à 4 G Hz) du-court-circuit de guide d'ondes 22 Le ROS élevé induit des courants dans la seconde fente 44, qui résonne à sa fréquence nominale de 4 G Hz, ce qui fait propager de l'énergie dans le second guide d'ondes 42. Le diaphragme longitudinal 46 et le diaphragme inductif 48 ont pour fonction d'adapter l'impédance du second guide d'ondes 42 à l'impédance de la seconde fente 44 Les vis d'accord capacitif 50 et 52 sont utilisées pour l'accord de la bande passante L'énergie à 4 G Hz se propage alors dans le second guide d'ondes 42 vers son accès d'entrée/ sortie 56. Le duplexeur 40 peut donc coupler de l'énergie à 4 et 6 G Hz vers les lignes de transmission respectives, à partir d'un accès commun, et inversement Naturellement, l'homme de l'art pourra modifier les deux modes de réalisa- tion de l'invention pour coupler des fréquences autres que 4 et 6 G Hz, à condition de modifier les fentes et les dimensions appropriées pour les adapter aux fréquences choi- 15432 sies En outre, le second guide d'ondes 42 du duplexeur 40 peut être couplé par l'intermédiaire de l'ure ou l'autre des parois étroites du premier guide d'ondes 12 La première fente peut avoir une orientation transversale (comme décrit) ou une orientation inclinée. Il va de soi que de nombreuses autres modifica- tions peuvent être apportées au dispositif décrit et repré- senté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDDICATIONS 1 Coupleur de puissance de dimensions réduites caractérisé en ce qu'il comprend: un premier guide d'ondes ( 12) qui est destiné à faire propager de l'énergie micro- onde et qui comporte un court-circuit ( 22) à une extrémité une cavité ( 20) qui est destinée à emmagasiner de l'énergie micro-onde et qui est couplée par fente ( 24) à l'extrémité en court-circuit du premier guide d'ondes ( 12); et une ligne de transmission ( 14) qui est couplée à la cavité ( 20) et qui comporte deux éléments de ligne de transmission coaxiaux destinés à conduire de l'énergie micro-onde. 2 Coupleur de puissance micro-onde de dimensions réduites selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une section de ligne courte en court- circuit ( 30) qui est couplée à la cavité ( 20) et qui est placéeà l'opposé de la ligne de transmission ( 14) et en alignement avec cette dernière. 3 Coupleur de puissance micro-onde de dimensions réduites selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une structure de transformateur ( 26, 28) destinée à adapter l'impédance du premier guide d'ondes ( 12) à l'impédance de la fente ( 24) qui se trouve dans le court-circuit ( 22) du premier guide d'ondes. 4 Coupleur de puissance micro-onde de dimensions réduites selon la revendication 3, caractérisé en ce que le court-circuit ( 22) à fente du premier guide d'ondes ( 12) a une forme telle qu'il ne transmet que l'énergie micro-onde ayant une fréquence d'environ 5,925 G Hz à 6,425 G Hz. Coupleur de puissance micro-onde de dimensions réduites selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un second guide d'onde ( 42) qui est destiné à faire propager de l'énergie micro-onde et qui comporte une extrémité couplée par fente ( 44) à l'une des parois étroites du premier guide d'ondes ( 12). 6 Coupleur de puissance micro-onde de dimensions réduites selon la revendication 5, caractérisé en ce que la rente ( 44) q Ui couple e second guide d'ondes ( 42) au premier guide d'ondes ( 12) a une forme telle qu'elle ne transmet que l'énergie micro-onde ayant une fréquence d'environ 3,7 G Hz à 4,2 G Hz. 7 Coupleur de puissance micro-onde de dimensions réduites selon la revendication 6, caractérisé en ce que le centre de la fente ( 44) qui couple le second guide d'ondes ( 42) au premier guide d'ondes ( 12) se trouve à un nombre entier de quarts de longueurs d'onde du court-circuit ( 22) du premier guide d'ondes ( 12). 8 Coupleur de puissance micro-onde de dimensions réduites selon la revendication 5, caractérisé en ce que la fente ( 24) qui se trouve dans le court-circuit ( 22) du pre- mier guide d'ondes ( 12) est accordée de façon à ne trans- mettre que des fréquences comprises environ entre 5,925 G Hz et 6,425 G Hz, et en ce que la fente( 44) qui couple le second guide d'ondes ( 42) au premier guide d'ondes ( 12) est accordée de façon à ne transmettre que des fréquences com- prises environ entre 3,7 G Hz et 4,2 G Hz. 9 Coupleur de puissance micro-onde de dimensions réduites selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un diaphragme longitudinal ( 46) et un diaphragme inductif ( 48) qui sont disposés dans le second guide d'ondes ( 42), et des moyens ( 50, 52) pour accorder de façon capacitive le second guide d'ondes.