Brevet FR2546670A1 — publié le 19841130

- ELEMENT DE LIGNE DE TRANSMISSION POUR HYPERFREQUENCES COMPORTANT UN OU PLUSIEURS ORGANES DE COMMUTATION INCORPORES EN VUE DE L'INSERTION D'UN OU PLUSIEURS QUADRIPOLES. Il est souvent nécessaire d'intercaler de manière commu- table, dans une ligne de transmission pour hyperfréquences, un ou plusieurs quadrip 8 les destinés à en modifier la trans- mission. Une application particulièrement intéressante de l'inven- tion concerne la réalisation d'un atténuateur variable com- portant plusieurs cellules de valeurs échelonnées Dans d'autres applications, des amplificateurs, des filtres ou 1.0 des dispositifs de changement de fréquence devront être intercalés de manière commutable dans la ligne. Ce problème est habituellement résolu au moyen d'organes de commutation appelés "commutateurs coaxiaux", bien que l'élément de ligne qui les constitue ne soit pas nécessai- rement coaxial Ces commutateurs présentent généralement l'inconvénient d'utiliser deux segments mobiles de ligne, qui assurent, suivant leur position, une transmission directe ou une transmission à travers le quadripôle à inter- caler. Ils introduisent une perte d'insertion élevée et présentent un isolement relativement médiocre entre les deux voies de -2- transmission En général, ils ont un coût élevé -et une consommation notable en énergie électrique. Le brevet américain 3319194 décrit un atténuateur variable dont l'organe de commutation est du type susvisé, avec la particularité que sa réalisation est obtenue au moyen d'une ligne microbande dont le conducteur central forme, à inter- valles, deux voies parallèles, dont l'une de transmission directe, l'autre de transmission avec atténuation, la commu- tation entre les deux voies se faisant au moyen d'un segment conducteur souple déplaçable d'une voie à l'autre. Cette réalisation assure une bonne continuité d impédance et une faible perte d'insertion, mais présente l'inconvénient de présenter une voie de passage parasite aux bornes de chaque cellule d'atténuation lorsque celle-ci est commutée. Un autre inconvénient est que, les contacts étant coupés pendant un temps relativement long lors de la commutation, une atténuation intermédiaire importante est alors obtenue, ce qui est indésirable pour certaines applications. La présente invention a pour objet un élément de ligne de transmission commutable réalisable avec la technique des lignes microbandes, mais exempt des inconvénients exposés ci-dessus et particulièrement économique. L'élément de ligne de transmission suivant l'invention comporte au moins un conducteur de masse; un autre conduc- teur nu disposé à proximité du conducteur de masse parallè- lement à celui-ci, ledit autre conducteur comportant deux segments fixes raccordés par un segment mobile; et des moyens de déplacer le segment mobile pour l'amener d'une première position o il relie les segments fixes à une seconde position dans laquelle il autorise la liaison des segments fixes avec des terminaisons conductrices ou isolan- tes et est principalement caractérisé en ce que lesdites terminaisons sont fixées et positionnées de façon que leurs extrémités respectives soient situées en regard -3- d'une portion de surface déterminée des extrémités respec- tives des segments fixes et que, dans la première position, le segment mobile entre en contact avec ladite face, tandis que, dans la seconde position, le segment mobile est dégagé des segments fixes et lesdites extrémités des segments fixes, libérées par ce dégagement, sont venues par déforma- tion élastique au contact desdites terminaisons. Les diverses particularités, ainsi que les avantages de l'invention, apparaîtront clairement à la lumière de la des- cription ci-après. Au dessin annexé La figure 1 est une vue, en coupe longitudinale par- tielle, d'un élément de ligne de transmission commu- table conforme à un mode d'exécution de l'invention, représenté en position de passage direct; La figure 2 montre l'élément de la figure 1 en posi- tion commutée; La figure 3 est une vue, en coupe transversale par- tielle, d'un élément de ligne de transmission commuta- ble identique ou similaire à celui des figures 1 et 2; La figure 4 représente un élément de ligne à commuta- tions multiples Les figures 5 et 6 représentent respectivement en perspective et vues de dessus, un mode d'exécution préféré d'un ensemble de commutation destiné à être incorporé dans un tel élément de ligne; et La figure 7 représente un élément de ligne commutable muni de deux prises coaxiales. 4 - Aux figures 1 et 2, on a représenté un élément de ligne triplaque à air, comportant deux plans de masse 4 et 8 et trois segments conducteurs 1-2-3 formant la plaque intermé- diaire Les segments 1 et 3, fixés au plan de masse 4 par des blocs diélectriques 101-301, sont élastiques et leurs extré- mités respectives 100-300 sont avantageusement pré-cambrées vers le bas Le segment 2 est solidaire d'une tige isolante qui traverse un orifice de guidage 80 ménagé dans le conduc- teur 8 et dont le déplacement, dans une direction perpendi- culaire aux plans des conducteurs de la ligne, est commandé par des moyens, connus en soi, symbolisés par un solénoïde Il est bien entendu que ces moyens peuvent être d'un type approprié quelconque, manu-el, mécanique ou électro- mécanique - Dans la position de la figure 1, le segment 2 est au contact des faces inférieures des extrémités 100 et 300, lesquelles sont cambrées vers le haut et hors du contact de deux contacts 6 et 7 d'un quadripôle A Les contacts 6 et 7 sont eux-mêmes introduits, perpendiculairement aux plans des conducteurs de la ligne, dans des orifices 40-41 ménagés dans le conducteur 4 et mis en place de manière fixe et précise par rapport à la ligne Dans la position de la figure 2, la tige 5 ayant été déplacée de façon à amener le segment mobile 2 au contact du conducteur 4, les extrémités et 300, se trouvant libérées, viennent, grâce à leur élasticité, s'appliquer sur les extrémités des contacts res- pectifs 6 et 7 Il est clair que la position du quadripôle et l'orientation des contacts pourraient varier: par exemple le quadripôle pourrait être placé entre le conducteur central et le conducteur de masse, les contacts étant alors à l'intérieur de la structure. Il est clair qu'à la figure 1, le quadripôle A n'est pas relié à la ligne, un transfert direct de l'onde en mode TEM s'effectuant alors le long de la ligne, qui ne présente aucune discontinuité notable et possède l'impédance carac- téristique désirée La disposition géométrique et les dimen -5- sions des éléments sont déterminées par l'homme de l'art pour obtenir les caractéristiques désirées et pour que la fréquence de coupure du guide constitué par les conducteurs plans 4 et 8 soit nettement supérieure à la gamme des fré- quences à transmettre. Dans la position de la figure 2, le quadripôle A est inséré dans la ligne: il s'agira par exemple d'un atténuateur, d'un amplificateur, d'un filtre, d'un dispositif de change- ment de fréquence, ou autre On notera que le segment de ligne 2 ne peut assurer aucune transmission parasite, du fait de son contact étroit avec le plan de masse 4. Lorsque l'on manoeuvre la tige 5 pour mettre le quadripôle hors de service, il est clair que le contact entre les extrémités 100-300 et les contacts respectifs 6 et 7 n'est supprimé qu'après que le segment 2 est venu écarter lesdites extrémités desdits contacts Dans la manoeuvre inverse, le contact entre lesdites extrémités et lesdits contacts se fait avant que le segment 2 ait lui-même perdu le contact avec lesdites extrémités Il n'y a finalement pratiquement pas de lacune dans la transmission lors de la commutation. Le déplacement du segment 2 est d'ailleurs de faible ampli- tude, de l'ordre du mm par exemple. La figure 3 montre, en coupe transversale, un mode d'exécu- tion pratique du dispositif: les conducteurs de masse 4 et 8 sont ici reliés par des parois latérales 9-10 qui se pro- longent pour former un réceptacle approprié pour le quadri- pôle A Celui-ci est, à titre d'exemple, une cellule d'atté- nuation du type circuit hybride, qui vient se positionner dans le réceptacle grâce à deux épaulements 92-102 formés par les prolongements des parois 9-10 Les contacts de masse de cette cellule viennent se relier à la masse de la ligne de transmission. On notera qu'en variante (figure 7) le quadripôle A pourrait être connecté à la ligne au moyen de prises coaxiales dont les conducteurs centraux 601-701 constitueraient les -6- contacts 6 et 7 Cette solution permet par exemple d'insérer un dispositif de changement de fréquence dans la ligne. A la figure 4, on a représenté une ligne de transmission à laquelle sont incorporés plusieurs organes de commutation du type décrit ci-dessus Le premier a constitue un interrup- teur de protection: lorsque les extrémités des tronçons conducteurs 103303 sont libérées par le segment mobile 203 correspondant, elles viennent reposer sur des butées isolan- tes 63-73 A titre de variante, la butée 63 pourrait être remplacée par un contact relié à une charge apte à dissiper la puissance ré-injectée. On a symbolisé par un rectangle 51 un organe électronique de commande de la coupure-; cet organe provoquera le dépla- cement de la tige 53 pour couper la transmission en cas de détection d'une réinjection de puissance accidentelle. Le second et le troisième organes de commutation b et c per- mettent par exemple la mise en ou hors service de cellules d'atténuation, pour constituer un atténuateur pour hyper- fréquences Dans les positions figurées, la cellule b est en service, la cellule c hors de service. Aux figures 5 et 6, on a représenté un segment mobile 204 muni à chaque extrémité d'une encoche, avantageusement semi- circulaire, dans laquelle passent les contacts fixes 604 et 704. L'engagement de ces contacts fixes avec les lames 104 et 304 s'effectue pratiquement au bord desdites lames, comme le montre la figure 6: on évite ainsi de créer des disconti- nuités dans la ligne; qui augmenteraient le taux d'ondes stationnaire en transmission directe. On notera que dans les dispositifs décrits, le contact se fait toujours, que l'on soit dans une position ou l'autre, sur la même face des segments élastiques 1-3; 104-304, ce qui réduit notablement les discontinuités qui se produisent au moment de la commutation. -7- Il va de soi que l'invention n'est pas limitée aux disposi- tions décrites et représentées On notera qu'un élément de ligne comportant un organe de commutation, tel que celui de la figure 7, pourrait être muni d'une entrée et d'une sortie coaxiales permettant son raccordement à des lignes coaxiales de transmission Le dispositif ainsi réalisé remplira le rôle du classique "relais de transfert" tout en présentant, par rapport à celui-ci, un certain nombre d'avantages: en position de passage direct, pas de court-circuit du quadri- pôle; nombre de contacts successifs réduit dans un rapport deux; un seul élément mobile au lieu de quatre. Revendications de brevet 1 Elément de ligne de transmission pour hyperfré- quences comportant au moins un conducteur de masse ( 4); un autre conducteur nu ( 1-2-3) disposé à proximité du conducteur de masse parallèlement à celui-ci, ledit autre conducteur comportant deux segments fixes ( 1-3) raccordés par un segment mobile ( 2); et des moyens ( 5-50) de déplacer le segment mobile pour l'amener d'une première position o il relie les segments fixes à une seconde position dans laquelle il autorise la liaison des segments fixes avec des terminaisons conductrices ou isolantes, caractérisé en ce que lesdites terminaisons ( 6-7) sont fixées et positionnées de façon que leurs extrémités respec- tives soient situées en regard d'une portion de surface déterminée des extrémités respectives ( 100-200) *des segments fixes et que, dans la première position, le segment mobile ( 2) entre en contact avec ladite face, tandis que, dans la seconde position, le segment mobile est dégagé des segments fixes ( 1-3) et lesdites extrémités des segments fixes, libérées par ce dégagement, sont venues par déforma- tion élastique au contact desdites terminaisons. 2 Elément de ligne de transmission selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que, dans la seconde position, le segment mobile ( 2) est au contact du conducteur de masse ( 4). 3 Elément de ligne de transmission selon la revendi- cation 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits segments fixes ( 1-3) et mobile ( 2)-sont des lames conductrices souples. 4 Elément de ligne de transmission selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdites terminaisons sont des contacts extérieurs ( 6-7, figure 1) qui pénètrent à travers le conducteur de masse ( 4) sensiblement perpendiculairement à celui-ci. 25466 Y O -9 _ Elément de ligne de transmission selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que lesdites terminaisons sont des butées isolantes ( 63-73, figure 4) et que les moyens ( 53) de déplacer le segment mobile sont commandés par un dispositif ( 51) de détection d'une surcharge dans la ligne. 6 Elément de ligne de transmission selon la revendi- cation 3, caractérisé en ce que la lame ( 204) qui constitue le segment mobile présente à ses extrémités des échancrures ou découpes dans lesquelles passent les terminaisons ( 604-704), dont les extréiités aboutissent au voisinage immédiat des bords extrêmes respectifs des lames ( 104-304) qui constituent les contacts mobiles. 7 Elément de ligne de transmission selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par un deuxième conducteur de masse ( 8) présen- tant une configuration géométrique propre à maintenir l'impédance de la ligne constante dans les deuxdites posi- tions. 8 Elément de ligne de transmission selon les revendi- cations 1 ou 4 et 7, caractérisé en ce que les deux conducteurs de masse ( 4, 8) sont reliés par des parois latérales ( 9-10) prolongées par des jambes conformées pour constituer un réceptacle de posi- tionnement d'un quadrip 6 le (A) qui sera muni desdits contacts extérieurs ( 92-102). 9 Elément de ligne de transmission selon la revendi- cation 8, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité d'ensembles (figure 4) comportant chacun deux segments fixes et un segment mobile intermédiaire, le quadripôle associé à chacun de ces ensembles étant une cellule d'atténuation. - Elément de ligne de transmission selon la revendi- cation 1 ou 4, caractérisé en ce que lesdits conducteurs extérieurs sont constitués par les conducteurs centraux ( 60 A 70 A) de pièces coaxiales engagées dans des orifices ménagés dans le conducteur de masse. 11 Elément de ligne de transmission selon la revendication 10, caractérisé par une entrée et une sortie coaxiales liées aux conducteurs fixes, lui permettant de jouer le rôle d'un relais de transfert. 12 Elément de ligne de transmission selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que l'une des terminaisons est une butée isolante, l'autre un contact, lié à une charge et que les moyens ( 53) de déplacer le segment mobile sont commandés par un dispositif ( 51) de détection d'une surcharge dans la ligne.