Brevet FR2529392A1 — publié le 19831230

DISPOSITIF DE MULTIPLEXAGE POUR GROUPER DEUX BANDES DE FREQUENCES ET MULTIPLEXEUR COMPORTANT UN TEL DISPOSITIF La présente invention concerne un-dispositif de multiplexage pour multiplexer deux bandes de fréquences BI, B 2, o les fréquences de Bl sont inférieures aux fréquences de B 2, comportant, à partir de l'accès antenne destiné à être couplé à une antenne, un premier duplexeur de polarisation avec un guide commun passant les bandes Bl et B 2 et un second duplexeur de polarisation relatif à la bande B 2. La présente invention concerne, en particulier, un multiplexeur bi-bande constitué par le dispositif de multiplexage ci-avant mentionné; elle concerne également un multiplexeur destiné au multiplexage de plus de deux bandes de fréquences et qui comporte un dispositif de multi- plexage selon l'invention. Des multiplexeurs permettant de grouper sur une même antenne plusieurs bandes de fréquences existent depuis longtemps pour couvrir des besoins du domaine des faisceaux hertziens terrestres et spatiaux Ces multiplexeurs sont du type bibande, tribande et plus Les polarisations des ondes sont soit rectilignes soit circulaires. Ces multiplexeurs connus présentent un point commun: leur complexité mécanique entraînant -un coût de revient élevé A part pour le duplexeur de la bande la plus basse qui est généralement assez simple de réalisation, les duplexeurs des autres bandes sont compli- qués; en effet, ils nécessitent, par exemple, deux coupleurs directifs à couplage total, en série, relatifs respectivement aux deux polarisations de l'onde à transmettre dans la bande considérée, ou bien ils nécessitent, à partir de quatre trous de couplage répartis à 90 les uns des autres autour d'un guide commun, une structure symétrique formée de deux paires de guides, les guides d'une paire arrivant sur deux trous opposés et devant être réunis entre eux pour former l'accès relatif à l'une des deux polarisations Ces duplexeurs connus sont également chers du fait qu'ils utilisent, dans les guides d'accès des différentes bandes, des filtres coûteux. La présente invention a, en particulier, pour but de réduire les inconvénients précités tout en proposant les mêmes performances techni- ques. Ceci est obtenu en simplifiant la réalisation tout en n'utilisant que des moyens qui, pris isolément, sont connus. Selon l'invention un dispositif de multiplexage tel que défini au début de ce texte est principalement caractérisé en ce que le premier duplexeur comporte: deux tronçons du guide commun percés chacun d'un seul trou de couplage dans lequel est placé au moins un résonateur accordé sur une fréquence de la bande B 2, les deux trous étant tournés de autour du guide commun; deux guides rectangulaires aboutissant respectivement aux deux trous; et, vu de l'accès antenne, un premier et un second filtre respectivement placés entre le premier et le second trou rencontrés et entre le second trou rencontré et le second duplexeur et constituant des courts-circuits pour les ondes de la bande Bl ayant respectivement une première et une seconde polarisation, ces polarisa- tions étant orthogonales entre elles. La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéris- tiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent: les figures 1 et 2 deux vues latérales d'un même dispositif de multiplexage selon l'invention, les figures 3 et 4 des vues de détails relatifs au dispositif de multiplexage selon les figures 1 et 2. Sur les différentes figures chaque élément est toujours désigné par le même repère. L'exemple qui va être décrit est un dispositif de multiplexage permettant de passer les bandes 4 G Hz ( 3,7 4,2 G Hz) et 6 GHZ ( 5,925 - 6,425 G Hz), chacune de ces deux bandes comportant deux polarisations orthogonales soit linéaires, soit circulaires. La figure 1 représente le dispositif de multiplexage vu de côté; la figure 2 représente également le dispositif de multiplexage vu de côté mais tourné de 90 par rapport à la figure 1. Les figures 1 et 2 montrent, en série à partir d'un accès A destiné à être couplé à une antenne, -un premier duplexeur de polarisation, DI, relatif à la bande 4 G Hz, une transition guide rond-guide rond, Tr, et un second duplexeur de polarisation, D 2, relatif à la bande 6 G Hz - Le duplexeur, DI, de la bande 4 G Hz comporte un guide commun, GI-G 2, dont l'un des accès constitue l'accès A et dont l'autre accès est réuni à la plus grande des deux ouvertures de la transition Tr Le guide commun GIG 2 est un guide circulaire de diamètre intérieur égal à 54 mm, et qui permet donc le passage des bandes 4 et 6 G Hz. Sur un tronçon GI du guide commun GI-G 2 est couplé, par un trou de couplage TI, un guide d'accès gl destiné à l'une des deux polarisations orthogonales de la bande 4 G Hz qui sera dite première polarisation Le guide gl est solidaire, à une de ses extrémités, du tronçon de guide commun GI et a sa seconde extrémité qui constitue Paccès AI de la première polarisation. Dans le tronçon GI, entre le trou de couplage TI et le tronçon G 2, se trouve un filtre quasi-optique (quasi optical filter dans la littérature anglo-saxonne), ql-q 2, dont le rôle est de réfléchir vers le trou de couplage, la partie de l'onde de la bande 4 G Hz présentant la première polarisation; ce filtre quasi-optique sera décrit à l'aide de la figure 4. Le guide d'accès gl est un guide rectangulaire dont les petits côtés sont perpendiculaires au plan de la figure 1; ce guide comporte une zone de transition entre l'accès AI et une droite XX représentée en traits interrompus sur la figure 1; cette zone de transition permet de passer d'une ouverture de 58 x 29 mm sur l'accès AI à une section interne de 58 x 14,5 mm entre la droite XX et le trou TI, afin d'avoir une bonne adaptation entre le guide standard ( 58 x 29 mm), à brancher sur l'accès AI, et le guide commun G 1-G 2 Egalement pour améliorer l'adaptation, le trou TI est muni d'un iris Ir de 39 mm de long sur 4 mm de hauteur, dont une vue agrandie est donnée par la figure 3, L'iris Ir a ses grands côtés parallèles aux grands côtés du guide d'accès gl Dans cet iris sont disposés deux résonateurs linéaires RI, R 2 (voir figure 3) dont la fréquence de résonance est située dans la bande 6 G Hz et dont le rôle est, d'une part, d'empêcher l'énergie de la bande 6 G Hz de passer dans le guide d'accès et, d'autre part, de laisser passer l'énergie de la bande 4 G Hz Les résonateurs RI, R 2 sont constitués chacun par une bande métallique d'un dixième de millimètre d'épaisseur et 1 mm de largeur, en forme d'équerre; ils sont disposés dans le plan de l'iris, et le plus grand côté de l'équerre, qui mesure 7 mm, est parallèle aux grands côtés de l'iris. Comme il a été indiqué plus avant, un filtre quasi-optique ql-q 2 est disposé dans le tronçon de guide commun GI, entre le trou TI et le tronçon de guide commun G 2 Ce filtre est constitué de deux éléments, ql et q 2, qui, comme le montre la figure 4, sont formés chacun d'un substrat S sur lequel est disposé un dipôle d; le substrat S est en polytétrafluoroé- thylène (aussi connu sous la marque déposée "téflon") et le dipôle d est en cuivre et est déposé sur le substrat S par une technique de circuit imprimé Le dipôle d mesure 36 mm de long pour une largeur de 1 mm. Les éléments ql et q 2 sont disposés transversalement dans le tronçon de guide GI et le dipôle d est orienté, pour chacun des éléments qi et q 2, de manière à être parallèle aux petits côtés du guide d'accès gl, c'est-àdire perpendiculaire au plan de la figure 1 Ainsi les dipôles d des éléments ql et q 2, dont la fréquence de résonance est comprise dans la bande 4 G Hz, se comportent comme des courts-circuits pour la partie de l'onde de la bande 4 G Hz présentant la première polarisation, c'est-àdire pour l'onde relative à l'accès AI et dont la polarisation est perpendiculaire au plan de la figure 1. Vu de l'accès antenne A, rensemble GI-gl qui vient d'être décrit est suivi d'un ensemble G 2-g 2 identique, dont le tronçon de guide commun, G 2, est branché dans le prolongement du tronçon GI et dont le guide d'accès g 2, relatif à la partie de l'onde de la bande 4 G Hz présentant la seconde polarisation, est dirigé perpendiculairement au plan de la figure 1 Aux éléments ql, q 2 et au repère XX de l'ensemble Gl-gl correspon- dent, dans l'ensemble G 2-g 2 les éléments q 3, q 4 qui forment un filtre quasi-optique et les repères X'X' qui indiquent o se situe (entre un accès A 2 de l'ensemble G 2-g 2 et la droite X'X') la zone de transition du guide g 2 correspondant à celle du guide gl Il est à noter que l'ensemble G 2-g 2 étant orthogonal à l'ensemble Gî-gl, les dipôles d (voir figure 4) des éléments de filtre q 3 et q 4 sont placés parallèlement au plan de la figure 1 et donc parallèlement aux petits côtés du guide d'accès gl, ils se comportent, de ce fait, comme des courts-circuits pour la partie de l'onde de la bande 4 G Hz présentant la seconde polarisation et la réfléchissent vers le trou T 2-de couplage du-guide g 2 sur le tronçon de guide G 2. Il est à noter que la distance entre les trous de couplage TI et T 2 doit être au moins de l'ordre de grandeur-de la longueur d'onde maximum dans la bande 4 G Hz de manière à éviter que, dans cette bande de fréquences, les deux polarisations de l'onde ne réagissent l'une sur l'autre. La transition guide rond-guide iond, Tr, permet de passer du diamètre 54 mm du guide commun G 1-G 2 qui laisse passer les bandes 4 et 6 G Hz, au diamètre 34 mm du guide commun G du duplexeur D 2, qui laisse passer la bande 6 G Hz mais pas la bande 4 G Hz. Le duplexeur D 2 de la bande 6 G Hz, comporte, branché sur son guide commun G, deux guides orthogonaux relatifs respectivement aux deux polarisations de l'onde dans la bande 6 G Hz: un guide d'accès g 3, de section interne 34,85 x 15,8 mm, situé perpendiculairement au guide commun G et au plan de la figure 1, et un guide d'accès g 4 situé dans le prolongement du guide commun circulaire G et réalisant une transition entre ce guide circulaire et une ouverture rectangulaire de 34,85 x 15,8 mn Le duplexeur D 2 comporte également, dans le guide G, sensiblementëentre les guides g 3 et g 4, une lamelle de court-circuit, L, parallèle au plan de la figure 1 et dont le rôle est de faire court-circuit pour la partie de l'onde de la bande 6 G Hz destinée à l'accès A 3, c'està- dire pour celle dont la polarisation est parallèle au plan de la lamelle L. Les extrémités des guides g 3 et g 4 opposées au guide G constituent les accès A 3 et A 4 du duplexeur D 2 relatifs aux deux polarisations linéaires de l'onde dans la bande 6 G Hz. Le dispositif de multiplexage qui a servi d'exemple à la descrip- tion ci-avant, présente les caractéristiques suivantes: bandes de fréquences d'utilisation: 3,7 4,2 G Hz et 5,925 6,425 G Hz, polarisations utilisées: deux par bande de fréquence polarisa- tion linéaire orthogonale, rapport d'ondes stationnaires aux accès AI, A 2 ( 4 G Hz): infé- rieur ou égal à 1,12, rapport d'ondes stationnaires aux accès A 3, A 4 ( 6 G Hz): infé- rieur ou égal à 1,08, découplage entre les accès AI et A 2 ( 4 G Hz): supérieur ou égal à 40 db, S découplage entre les accès A 3 et A 4 ( 6 G Hz): supérieur ou égal à 35 d B, pertes dans la bande 4 G Hz: inférieures ou égales à 0,25 d B, pertes dans la bande 6 G Hz: inférieures ou égale à 0,3 d B. L'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit C'est ainsi que le dispositif de multiplexage décrit peut facilement servir de modèle, moyennant des modifications à la portée de l'homme de l'art, pour multiplexer, par exemple, les bandes Il et 14 G Hz ou 18 et 28 G Hz De même un duplexeur du genre du duplexeur Dl, mais conçu pour la bande 2 G Hz ( 1,7-2,1 G Hz), peut être monté entre l'antenne et le duplexeur Dl, c'est-à-dire avec une extrémité de son guide commun couplée à l'antenne et l'autre extrémité reliée à l'accès A des figures 1 et 2 par une transition guide rond-guide rond. A remarquer également que, dans ces dispositifs de multiplexage, les guides communs des duplexeurs peuvent être à section carré, voir rectangulaire. Le dispositif de multiplexage selon l'invention peut, comme il a été mentionné plus avant, fonctionner en polarisation circulaire; il suffit de lui adjoindre un polariseur branché entre l'accès antenne A (figures 1 et 2) et l'antenne et fonctionnant dans les bandes 4 et 6 G Hz. La présente invention est destinée, en particulier, aux multi- plexeurs à réutilisation de fréquence c'est-à-dire aux multiplexeurs tels que les deux polarisations orthogonales d'une même onde sont utilisées comme supports distincts d'information L'invention peut être utilisée dans les antennes de stations terriennes aussi bien pour les bandes de fréquences des communications spatiales que pour toutes les bandes des faisceaux hertziens terrestres et troposphériques. REVENDICATIONS 1 Dispositif de multiplexage pour multiplexer deux bandes de fréquences BI, B 2, o les fréquences de Bl sont inférieures aux fré- quences de B 2, comportant, à partir de l'accès antenne (A) destiné à être couplé à une antenne, un premier duplexeur de polarisation (DI) avec un guide commun (Gl-G 2) passant les bandes Bl et B 2 et un second duplexeur de polarisation (D 2) relatif à la bande B 2, caractérisé en ce que le premier duplexeur (Dl) comporte: deux tronçons (GI-G 2) du guide commun percés chacun d'un seul trou de couplage (TI-T 2) dans lequel est placé au moins un résonateur (RI-R 2) accordé sur une fréquence de la bande B 2, les deux trous étant tournés de 900 autour du guide commun; deux guides rectangulaires aboutissant respectivement aux deux trous; et, vu de l'accès antenne, un premier et un second filtre (qi-q 2, q 3-q 4) respecti- vement placés entre le premier et le second trou rencontrés et entre le second trou rencontré et le second duplexeur et constituant des courts- circuits pour les ondes de la bande Bl ayant respectivement une première et une seconde polarisation, ces polarisations étant orthogonales entre elles. 2 Dispositif de multiplexage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier et le second filtre sont des filtres quasi-optiques constitués d'au moins un dipôle (d) dont la fréquence de résonance est située dans la bande BI. 3 Dispositif de multiplexage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le résonateur (RI, R 2) est un résonateur linéaire, en forme d'équerre, avec une barre de l'équerre parallèle aux petits côtés du guide rectangulaire (&I, g 2) qui aboutit au trou dans lequel se trouve le résonateur considéré et l'autre barre de l'équerre perpendiculaire à ces petits côtés, les extrémités de l'équerre étant libre pour la barre perpen- diculaire aux petits côtés et reliée au guide commun (GI-G 2) pour la barre parallèle aux petits côtés. 4 Multiplexeur caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de multiplexage selon l'une des revendications précédentes.