Brevet FR2556507A1 — publié le 19850614

La présente invention concerne une structure guide d'onde qui permet la commutation de signaux entre une ou plusieurs entrées et une ou plusieurs sorties. Des commutateurs à guides d'onde sont bien connus. La structure la plus simple d'un commutateur de ce genre est la structure en T ayant une entrée et deux sorties. Il s'agit essentiellement d'une Jonction T avec une entrée dans la branche verticale du T et deux sorties dans la branche horizontale du T. Une disposition mécanique ou électrique sert à produire un court-circuit dans une des branches de manière à acheminer l'énergie de l'entrée vers l'autre branche, et vice versa. Les court-circuits sont localisés de telle sorte que la transmission se fasse sans réflexion. La structure en T étant symétrique, l'adaptation d'impédance ne constitue pas un grand problème. Cependant, dans le cas o la commutation doit se faire entre une entrée et plusieurs sorties ou vice versa, la structure guide d'onde devient plus complexe et la figure I illustre un exemple présentant six entrées et une sortie,tel qu'il est destiné à la commutation de lobe dans les dispositifs d'alimentation d'antennes multifaisceaue Le guide d'onde de sortie 7 est connecté aux guides d'onde d'entrée 1-6 par un raccord coaxial 8. Des dispositifs de court-circuit sont prévus dans chaque branche de la structure. Cette structure présente les inconvénients suivants: l'agencement de la structure dépend d'une configu- ration géométrique donnée et il ne peut être aisément adapté à une configuration différente en raison des contraintes mécaniques et électriques; ces contraintes rendent également difficile la réalisation de voies de commutation redondantes; il se produit un couplage indésirable par suite des fuites entre les sections de guide d'onde. La présente invention a pour but la conception d'une structure guide d'onde simple qui ne présente pas les inconvénients des structures connues. Elle a pour objet une structure guide d'onde qui est facile à fabriquer, dans laquelle le nombre d'accès ne dépend pas d'une configuration géométrique donnée, dans laquelle tous les accès sont adaptés en impédance, et qui permet la réalisation d'une structure redon- dante. La structure guide d'onde selon l'invention se carac- térise par plusieurs premiers guides d'onde rectangu- laires contigus et un second guide d'onde rectangulaire disposé sur les premiers guides d'onde avec son axe - longitudinal qui s'étend transversalement à la direc- tion longitudinale desdits premiers guides d'onde contigus, la cavité de chacun des premiers guides d'onde communiquant avec la cavité du second guide d'onde par une fente de couplage rEsonnante dont l'axe longitu- dinal forme un angle prédéterminé avec l'axe longitudi- nal du premier guide d'onde correspondant, les diffé- rentes fentes de couplage le long de l'axe longitudinal du second guide d'onde étant chacuneorientée perpendi- culairement aux fentes adjacentes. L'invention est exposée en détails dans ce qui suit avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels: JBa aJ4UO&p apuo,p apTrt9 np aBTJau9,i TumAT1OBI9 aeTdnoo q pUTs;p (uTssep np ijeio el inod z a.mT; e ans 9s. Uespidai uou) ITnOiTo-%anoo ua asTm ap ua0om G tmun lU&Tuoo puop opTnr nbaeqD *aTxos op oplrts el: %a agiup sBpTrnS st sno% azua e e9 UOTSTmsUeal. ap esuseqdpp un oaZng8e&p uTj;e a:znel q jxoddd8x and aunI,o06 q a9uJale. 9sa TIjos ap apTn" np BuoT aI UsaTssaoons sauae; sap uOTeuaT.Xo,q -aua,p apTrIn 0O np Teupn4TguoT axe, oaae e a*tue un Te; TeuTpnrT2uoT exTa %mOp aouTsTp aBeldnoo ap aluaj aun.ed aeToq ap apTn" ne pdnoo;a aBluap apTnS enbeqD uaemeau -uoTouo; ap aouanbpa; ea q aeueuuos9x %Tos aTEa nb uobe; ap a 9ruOTSUemTp uOTIeJedgs ap Toaed el suep agnbTIeJd SZ 9L-Z' 4.L o3eldnoo ap auae; aun aed L aqToXo op apTnp np 'TAO eT oaae anbTunmuoo 9-. aBiuop sapTrl2 sap unoeqo ap pITaUo el *'apuap apuo,p sepTnr sap aleuTpn. -TuoT UOT405iTp eT Q %uawalesJasAueJ pua%.9s.a 9-L ag aapp apuo1p sapTnS ca n Jns gsOdsTp %sa L aTov OZ apup P apunP a pfl neaBTu un ms pn2rquoo uobej Sp sgsodSTp %uos ap5%uaep SasTeTnUueoaa;apTnT X;Ts sao L aeTos aun %a 9-. saglua XTS:k a.UT; 1 ap anuuoo aanorkis ea anb sqooep azqmou amqm aT auG z ainST; et ae:uaspjdaj aznqonl.s eqGt G arI2T; et ap oJnong.9 et op anbTloet %ueltuATnbg i.lnOJTO aT ajuom 9 aJnSTI; aT 4UOT.UeAUTs uoBes ojnlonI..s ap aue9TeA aunip anbl;eu1qos uTssap tin so G ezn2Ti; e- * 0b S2aeidnoo ap aeue; et ap UOSTeUTIOUTip OtSU'T ap uotouo3 ue nueaqo uoeJmoj;treil. ap i4oddea np UOTflUTeA eT;ue.}uo0m amme.urTp un %.sa l a. nm2; elÀ z ern2Tj et op aJnorzo4s el op anbTJoaT9 %uaTeaTnbp.TnO.TO al aruom ú.mTf * 5e UoTUaaUT,l uoTaes ajnTont.9 l ap UOTnogxap aldmaxa unp 9ATIoodsiad ua an. aun s.9B a eza2T T À aSJnaBT.tl.ue enbTuqoil. et uoras an.m -onas aSun,p AçT;oeSdsjd ue ari. aun Ise L e, zrTa et îOS9SSz le guide d'onde de sortie, le couplage se faisant chaque fois pour un guide d'onde d'entrée à la fois. La figure 3 représente le circuit équivalent électrique de la structure de la figure 2. Chaque fente de couplage se comporte comme un transformateur et est représentée comme tel à la figure 3. La théorie du couplage par fente dans les guides d'onde est décrite dans "Wave- guide Handbook", McGraw Hill, 1961, pages 375-376; Les moyens de mise en court-circuit sont représentés par les diodes de commutation 21-26 qui servent chacune à court-circuiter une entrée lorsqu'elle est rendue conductrice. L'angle d'inclinaison e des fentes de couplage est choisi de telle manière que le rapport de transformation soit égal à l'unité. Le diagramme de la figure 4 montre l'influence de l'angle d'inclinaison des fentes de couplage (en abscisses) sur le rapport de transformation (en ordonnées en échelle logarithmique). La structure décrite ci-dessus est fondamentalement très simple. Le nombre d'entrées et/ou sorties n'est pas lié à la configuration géométrique de sorte qu'il est possible très aisément de réaliser une structure sem- blable normalisée comportant un nombre quelconque d'entrées/ sorties, par exemple 3, 4, 6 ou davantage. Une structure de ce genre peut également être réalisée très facilement avec des voies redondantes. Un autre avantage de la structure selon l'invention est que tous les accès voient la même impédance en circuit ouvert, cette impé- dance étant celle du même circuit matériel; il en résulte une moindre variation dans l'adaptation d'impédance d'un accès à l'autre. Deux structures selon l'invention peuvent être inter- connectées au moyen de déphaseurs pour former un modu- lateur de phase à commutation comme illustré schémati- quement à la figure 5. Deux structures ae commutation et 20 semblables à celle de la figure 2 sont inter- connectées par des déphaseurs 31, 32, 33, 34 insérés dans les quatre voies de phase 11-14. Dans chacune de ces voies, les fentes de couplage d'entrée et de sortie ont la mame orientation. La structure montrée à la figure 5 convient comme modulateur de phase quaternaire à décalage de phase par manipulation (modulateur QPSK à commutation) utilisable en par- ticulier dans la bande de fréquences R (26,5-40 GHz).- o10 Les déphaseurs 31, 32, 33 et 34 sont prévus pour introduire respectivement des déphasages de 90 , 00, 900 et 0'. Avec un signal d'entrée commuté séquentiel- lement entre des états à 0 et 1800, le signal de sortie ne trouvera commuté séquentiellement entre quatre états déphasés de 90 comme montré au tableau 1. TABLEAU 1 VOIES ENTREE FENTES DEPHASEURS FENTES SORTIE DEPHASAGE D'ENTREE DE TOTAL SORTIE 4 180 180' 0 O 0O 180 0e 3 0O 1800 900 180' 0 900 2 180 1800 o 0O 180' 1800 I O0 0O 90* 180' 0O 270* 2S56507 Les déphaseurs peuvent être des dispositifs passifs à guide d'onde courants. La largeur de bande du modu- lateur est déterminée par les fentes résonnantes. Les avantages d'un modulateur de phase selon l'inven- tion peuvent être résumés comme suit: impédances d'entrée et de sortie adaptées, À incorporation facile de voles supplémentaires, possibilité de travailler avec des niveaux de puissance élevés, la limite étant fixée par les possibilités des diodes de commutation, absence d'interférence électrique entre les diffé- rentes voies de phase, ce qui facilite le contrôle de phase et l'alignement du modulateur, 15. pertes faibles comparées à celles qu'introduisent les modulateurs connus. Le circuit équivalent électrique du modulateur de phase de la figure 5 est montré à la figure 6 sur laquelle les déphasages dans les lignes d'entrée et de sortie ne sont pas représentés. Les pertes d'insertion et par réflexion par voie de phase sont explicitées au tableau 2. Dans ce tableau Rd désigne la résistance de la diode de commutation concernée lorsqu'elle est polarisée dans le sens direct et Ro désigne sa résistance lorsqu'elle est polarisée en inverse. En supposant une perte de 0,8 dB/M à la fréquence de 30 GHz,on obtient pour les résistances du montage les valeurs suivantes: Rw = 0,014 ohm (normalisée à une impédance de guide d'onde de 1 ohm) Rs = 0,0025 ohm. Le tableau 3 donne les pertes typiques obtenues pour trois valeurs différentes de Rd et pour Ro égal à 10 et 100. Dans de bonnes conditions d'adap- tation avec pertes faibles, la valeur de Rd obtenue est normalement inférieure à 0,01 ohm normalisée à l'impédance de guide d'onde, ce qui est aisément réalisable avec des diodes courantes. TABLEAU 2 I. ' VOIE PERTE D'INSERTIONIPERTE PAR REFLEXION (dB) (dB) II _ _ _ _ _ _ _ _ _ _I__ _ II I 4 I I I1 I ((4(Rwl+Rs)+2Rd)2l 2 120 1og0( 120 logl) I1 +4(Rwl+Rs)+2Rd I 2 III l1II I4RwR)2R I4 120 log 120 log/4(i+R)3 I_ii 1+4(Rwl+Rs)+2Rd _ 2/1 TABLEAU 3 -I 't I PERTE D'INSER- PERTE PAR REFLEXION TION IVOIE (dB) (dB) * -____ I ______I_______ I II I Ro = 10 29.4 I 1 I Rd = 0.0011 0.56 I I I' - I II I 100 23.2 I II I Ro= 10 > 40 I ou 0.01 0.8 I I II I 100 1 21.3 I I- I I II I Ro= 10 11.5 131 0.1 2.71 __ I II I 100 8.8 I I.II I -I III I Ro 10 1 1 2 I Rd 0.001 0.56 1> 40 I| I| I I 100 1 I I I II III IRo- 10 I I ou 1 0.01 0.72 > 40 I I I I I I|I| I 1 100 II I. IIRo-10 4 0.1 1 2.05 i 1 29 I| I I I 100 I _ I_ _ _ __ I._ _ _ _ _ -_ _ _ _ I __ _ _ _ REVENDICATIONS 1. Structure guide d'onde pour commuter des ondes électromagnétiques entre plusieurs accès d'entrée et de sortie, caractérisée par plusieurs premiers guides d'onde rectangulaires contigus (1, 2, 3..) et un second guide d'onde rectangulaire (7) disposé sur les premiers guides d'onde avec son axe longitudinal qui s'étend transversalement à la direction longitudinale desdits premiers guides d'onde contigus (1, 2, 3..) la cavité de chacun des premiers guides d'onde (1, 2, 3..) communiquant avec la cavité du second guide d'onde par une fente de couplage résonnante (11, 12, 13..) dont l'axe longitudinal forme un angle prédéterminé (9) avec l'axe longitudinal du premier guide d'onde correspondant, les différentes fentes de couplage le long de l'axe longitudinal du second guide d'onde (7) étant chacune orientée perpendiculairement aux fentes adJacentes.- 2. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que chacun des premiers guides d'onde contigus est connecté par un dispositif de déphasage (31, 32, 33..) avec un des premiers guides d'onde contigus d'une autre structure semblable.