Brevet FR2524209A1 — publié le 19830930

La présente invention concerne des systèmes de transmission des micro- ondes et, plus précisément, un dispositif guide d'ondes capable de séparer des signaux de radiofréquence à double fré- quence, double polarisation. Dans le but d'accroltre la capacité de canaux de transmission entre des stations de liaison radioélectrique terrestres ou entre des stations terrestres et des satellites de télécommunications, on a tendance à utiliser simultanément quatre porteuses de radio- fréquence crête-à-crête Chaque porteuse a ses fréquence et polari- sation propres et elle est reçue ou émise, avec les autres, parune seule antenne réflexe ayant des caractéristiques appropriées. En général, les porteuses sont séparées par des dispositifs -guide d'ondes qui font partie intégrante de l'antenne et les signaux correspondants sont transmis aux équipements des stations par des guides d'ondes séparés. De tels dispositifs doivent satisfaire à deux exigences: d'une part, ils doivent assurer une transmission à faiblespertes du signal de radiofréquence reçu par l'antenne vers le dispositif de sortie prédéterminé et, d'autre part, ils doivent assurer un bon découplage entre les quatre signaux présents aux sorties. Les systèmes actuellement en fonctionnement assurent la sépa- ration des porteuses en utilisant deux cornets d'alimentation différents et deux surfaces réfléchissantes du type dichroïque différentes, ou en utilisant des dispositifs placés en aval d'un unique cornet d'alimentation. En ce qui concerne les systèmes dans lesquels la séparation est effectuée en aval du cornet, les dispositifs utilisés, réali- sés avec des guides d'ondes, opèrent en séparant d'abord les por- teuses de fréquences différentes, puis celles qui présentent une polarisation différente, ou vice-versa Le di oostif proposé par la présente invention est du genre dans lequel les signaux qui ont des bandes de fréquences différentes sont sépares d'abord. Parmi les dispositifs connus qui appartiennent à la même catégorie, on mentionnera le diplexeur, décrit dans le brevet des Etats-Unis N 2 3 731 236, dans lequel la séparation de fréquences est obtenue par deux guides d'ondes circulaires, présentant des diamètres différents, raccordés à quatre branches de guides d'ondes rectangulaires de hauteur réduite Un autre dispositif, décrit par R W Gruner dans l'article intitulé "Compact dual- polarized diplexers for 4/6 G Hz earth station applications", pu- blié aux pages 341 à 344 du compte rendu du Symposium de 1 'IEEE d'avril 1977, utilise des guides d'ondes circulaires coaxiaux pour séparer des porteuses à bandes différentes et un tronc guide d'on- des ondulé pour améliorer le découplage. Le premier de ces dispositifs est difficile à adapter à l'emploi dans des liaisons radio terrestres, en raison du système encombrant de guides d'onde; en outre, sa structure mécanique est aussi compliquée que celle du second dispositif qui exige à la fois la fabrication d'un guide d'ondes coaxial et celle d'un guide d'ondes ondulé Ces inconvénients sont éliminés par le dispositif guide d'ondes, capable de séparer des signaux de radio- fréquence, fourni par la présente invention, dispositif dont la structure est simple et compacte, ce qui le rend propre à 8 tre utilisé dans des antennes réflexes pour radio-liaisons terrestres. En effet, comme de telles antennes sont installées sur un seul pylône en treillis, leur encombrement doit être très limité. D'après l'invention, il est proposé un dispositif guide d'ondes capable de séparer des signaux de radiofréquence, dans lequel des signaux présentant des fréquences et des polarisations différentes sont séparés au moyen de transducteurs orthomode réalisés avec des guides d'onde de section circulaire et de diamètres différents et avec des fentes de couplage rectangulaires situées dans des plans perpendiculaires qui contiennent l'axe des guides d'ondes, un premier transducteur orthomode, capable d'ex- traire les signaux de fréquence plus basse, étant raccordé par sa première extrémité à un cornet d'alimentation et étant ferné, à son autre extrémité, par une base circulaire, les fentes de couplage de ce premier transducteur présentant quatre septa métalliques qui sont placés par paires sur les grands c 8 tés de ces fentes, respectivement au quart et aux trois-quarts de la longueur de celles-ci, et qui ont une hauteur égale au tiers des petits côtés La base circulaire peut comporter une ouverture circulaire axiale par laquelle les signaux de fréquence radio, traversant un ou plusieurs iris, peuvent parvenir à un second transducteur, coaxial avec le premier et fermé par une base circulaire de court-circuitage, pour extraire les signaux de fréquence plus élevée. Ces caractéristiques et d'autres de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description sui- vante d'un mode de réalisation préféré, donnée à titre d'exemple et sans intention limitative, ainsi qu'à l'examen du dessin ci- annexé qui représente le dispositif guide d'ondes en une vue en coupe Ce dispositif fait partie d'une antenne de liaison radio- électrique qui se prête à la technique de réutilisation des fré- quences dans les bandes de 7,11 à 7,95 G Hz et de 10,7 à 11,7 (>Hz, en utilisant, pour chaque bande, des signaux polarisés orthogona- lement. Le dispositif apte à séparer des signaux de haute fréquence se compose de deux transducteurs orthomode à guides d'ondes circu- laires 1 et 2, raccordés directement l'un à l'autre sans aucune transition progressive Deux paires de fentes 3, 4 et 5, 6, situés dans des plans orthogonaux passant par l'axe des transducteurs, sont pratiquées dans les parois des guides d'ondes Le transduc- teur 1 est raccordé à un cornet d'alimentation 7 Le diamètre de chacun des tranaducteurs, ainsi que les dimensions des fentes, dont la forme sera décrite ci-après, sont choisis suivant des méthodes connues en soi, de manière à obtenir le meilleur couplage possible dans les bandes définies ci-dessus et un maximum de découplage entre les signaux polarisés orthogonalement. Les distances entre les fentes d'une même paire et les dis- tances entre la paire 5, 6 et la base de court-circuitage et entre la paire 3, 4 et l'épaulement entre les transducteurs sont choisies judicieusement de manière à obtenir le maximum de cou- plage pour chaque polarisation. Le découplage entre les signaux de fréquence plus basse et la paire de fentes 5, 6 qui interviennent aux fréquences plus élevées est obtenu par l'utilisation de guides d'ondes circulai- res ayant des diamètres différents: le diamètre du guide d'ondes du transducteur 2 est tel que les modes correspondant aux signaux de fréquences plus basses ne se propagent pas. Un tel découplage est amélioré par l'insertion d'un iris circulaire 8 dans la région de l'épaulement entre les transduc- teurs 1 et 2 Conjointement avec les iris 9 et 10, disposés dans le transducteur 2, cet iris 8 réalise un réseau d'adaptation d'impédances de l'épaulement aux fréquences de la bande supérieu- re et il constitue un court-circuit aux fréquences de la bande inférieure. Dans le cas présent, on peut utiliser avantageusement, pour les transducteurs orthomode, des guides d'ondes dont les diamètres intérieurs se situent entre 0,68 et 0,82 X, Y étant la longueur d'onde de la bande du milieu dans l'espace libre. Les dimensions des grands côtés et des petits c 8 tés de chaque fente, respectivement de 0,71 à 0,72 À et de 0,19 \, ne correspondent pas à celles de guides d'ondes usuels: c'est la raison pour laquelle des transitions en gradin, désignées par 11, 12, 13 et 14, sont nécessaires pour atteindre la taille de guides d'ondes standard La fente 5 est située à un minimum de distance de la base circulaire de fermeture du transducteur 2; de même, la fente 3 est située à un minimum de distance de l'épaulement entre les deux transducteurs. Les fentes 4 et 6 ne sont pas situées dans les mêmes sections que les fentes 3 et 5; de cette manière, on peut obtenir le découplage nécessaire entre des signaux de polarisations diffé- rentes Les fentes de chaque paire sont séparées par une distance égale au moins à Xg 2, \g étant la longueur d'onde des guides à la fréquence de milieu de la bande Toutefois, en conséquence de ce déplacement, il se produit une réduction de la bande de fonctionnement des fentes situées à plus grande distance des courts-circuits correspondants, c'est-à-dire des fentes 4 et 6. Le problème a été résolu par l'insertion, entre les fentes et 6, d'une plaque d'épaisseur négligeable et de 15 X /2 de longueur, disposée parallèlement au plan de polarisation du signal extrait par la fente 6 Elle reproduit les mêmes condi- tions de court-circuitage que la fente 5, ce gui fait que les deux fentes présentent la même largeur de bande. Ce procédé ne peut pas être appliqué pour améliorer les performances en largeur de bande de la fente 4, car une plaque correspondante réfléchirait aussi le signal ayant la même pola- risation et une fréquence plus élevée. liais un résultat analogue est obtenu par le fait que le tranaducteur 1 est réalisé avec un guide d'ondes circulaire de diamètre variable, le diamètre de l'extrémité en contact avec le cornet d'alimentation 7 étant plus petit et celui de l'extré- mité en rapport avec le transducteur 2 étant plus grand Cette variation de diamètre est destinée à introduire une variation d'impédance appropriée dans le guide d'ondes du transducteur 1, afin de compenser le déphasage entre le signal qui est directement couplé à travers la fente 4 et le signal qui est couplé à travers cette fente après réflexion sur l'épaulement formé par la jonc- tion entre les deux transducteurs. Pour empêcher la pénétration des signaux de fréquences plus élevées dans les fentes qui fonctionnent aux fréquences plus basses, une forme appropriée est donnée aux fentes de la paire 3, 4 En effet, dans cette sorte de transducteur orthomode, on utilise en général des fentes rectangulaires, afin de mettre à profit la conversion du mode fondamental TE 11, qui se propage dans le guide circulaire, en mode fondamental TB 10 qui se propage dans le guide rectangulaire. Pendant cette conversion, tous les modes supérieurs de type T Eno sont générés à proximité de la fente recangulaires mais ils ne peuvent pas se propager au fréquences pour lesquelles le transducteur 1 a été conçu Par contre, les sigrnax de fréquences plus élevées se propagent également dans le guide circulaire du transducteur 1 et génèrent à proximité des fentes 3, 4, en plus du mode fondamental, des modes parasites Parmi ces modes, le mode TE 20 se propage dans les guides rectangulaires raccordés aux fentes 3, 4, ce qui se traduit par une perte de puissance élevée du signal de fréquence plus élevée couplé à travers les fentes 5, 6 du transducteur 2. On empêche d'habitude cette propagation en insérant un cer- tain nombre de filtres de mode en aval des fentes 3, 4, mais le problème n'est que partiellement résolu par ce procédé En effet, de tels dispositifs présentent une bande opératoire limi- tée et, en conséquence, ils ne fournissent pas de bonnes perfor- mances dans la gamme de fréauences, plus large que 10 % des fréquences de milieu, pour laquelle est conçu le système d'antenne qui comprend le présent dispositif En outre, la conception et la réalisation de tels filtres sont compliquées. D'après l'invention, les formes des fentes de couplage 3, 4 sont judicieusement modifiées, de m-nière à éviter l'excitation du mode TE 20 dans la bande des fréquences plus élevées, sans -nuire au couplage des signaux dans la bande des fréquences plus basses. I Les fentes, qui ont une forme rectangulaire conformément à la technique usuelle, sont modifiées par l'introduction, dans la section de couplage, de quatre septa métalliques s, parallèles à la direction du vecteur de champ électrique et placés en position correspondant aux maximums du mode TE 20 indésirable Ces septa ont les mêmes dimensions et sont étudiés pour que l'on obtienne le meilleur couplage des signaux aux deux fréquences. Dans le cas présent, on peut utiliser opportunément des septa ayant une hauteur à peu près égale à un tiers du petit côté de la fente Ils doivent 8 tre placés au quart et aux trois quarts du grand côté. On peut obtenir la même qualité de couplage en n'utilisant que deux septa métalliques, toujours placés aux maximums du mode indésirable, bien que l'asymétrie de cette forme introduise un effet de dépolarisation sur les signaux qui se propagent dans le guide d'ondes circulaire En conséquence, le découplage voulu entre des signaux de polarisations différentes ne pourrait pas être obtenu dans les deux bandes de service. Ces formes nouvelles peuvent être obtenues directement à la fabrication des fentes ou par l'insertion de vis de diamètre approprié, disposées comme les septa mentionnés ci-dessus, dans les sections de couplage de fentes rectangulaires. Comme d'habitude, des filtres absorbants, fonctionnant sur le mode fondamental TEJOI sont également placés en aval des fentes 3, 4 afin d'améliorer le découplage entre les signaux à la fréquence supérieure et les fentes elles-mêmes. La description qui précède a été donnée à seul titre d'indi- cation et sans intention limitative Des variantes et modicica- tions pourraient y être apportées, sans que l'on s'écarte pour autant du cadre de l'invention. Par exemple, un transducteur muni de fentes de couplage semblables à celles qui sont désignées par 3 et 4 sur la figure pourrait être également utilisé avantageusement pour un système d'antenne fonctionnant dans une bande unique, avec des signaux de polarisations différentes. Dans ce cas, l'introduction des septa empêche la propagation de signaux de fréquences plus élevées, générés par exemple par des produits d'intermodulation, dans des branches parallèles. REVENDICATIONS 1 Dispositif guide d'ondes capable de séparer des signaux de fréquence radio, dans lequel des signaux présentant des fréquences et des polarisations différentes sont séparés au moyen de trans- ducteurs orthomode réalisés avec des guides d'ondes de section circulaire de diamètres différents et avec des fentes de couplage rectangulaires situées dans des plans perpendiculaires passant par l'axe des guides d'ondes, caractérisé en ce qu'un premier transducteur orthomode ( 1), capable d'extraire les signaux de fréquence inférieure, est raccordé par une première extrémité à un cornet d'alimentation ( 7) et est fermé, à son autre extrémi- té, par une base circulaire, les fentes de couplage ( 3, 4) de ce premier transducteur présentant quatre septa métalliques (s) qui sont placés par paires sur les deux grands côtés de ces fentes, respectivement au quart et aux trois-quarts de la longueur de celles-ci, et qui ont une hauteur égale au tiers des petits c 8 tés. 2 Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce que la base circulaire est munie d'une ouverture circulaire axiale par laquelle les signaux de fréquence radio parviennent, en traversant un ou plusieurs iris ( 8, 9, 10), dans un second trans- ducteur orthomode ( 2) capable d'extraire les signaux à une seconde fréquence, plus élevée que la première fréquence, ce second trans- ducteur étant coaxial avec le premier transducteur et fermé par une base circulaire de court-circuitage. 3 Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce que le premier transducteur orthomode ( 1) est fait de deux parties de sections circulaires différentes, le diamètre de la partie voisine de ladite première extrémité étant plus petit que le diamètre de la partie voisine de ladite seconde extrémité. 4 Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce que les septa métalliques (s) sont réalisés avec des vis insérées dans la paroi latérale du premier transducteur orthomode ( 1). Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une plaque ( 15) de longueur égale à la moitié de la longueur d'onde du guide est placée entre les fentes de couplage du second tranaducteur orthomode ( 2) parallèlement au plan de polarisation du signal extrait par la fente ( 6) la plus distante de la base circulaire court-circuitée.