Brevet FR2569907A1 — publié le 19860307

DISPOSITIF DE RECEPTION DE SIGNAUX HYPERFREQUENCES A DOUBLE POLARISATION. L'invention est relative à un dispositif de réception de signaux hyperfréquences à double polarisation, constitué d'éléments simples qui permettent un montage rapide et aisé sans réglages ultérieurs, et qui confèrent une rigidité d'ensemble suffisante. Ce dispositif est plus particulièrement destiné à la réception des signaux hyperfréquences à double polarisation émis pour la télévision, par exemple à partir de satellites géostationnaires. Il est destiné à être utilisé dans les stations de réception, en association avec les éléments actifs équipant les têtes hyperfréquences desdites stations. Plus généralement, le dispositif peut être utilisé pour la récep- tion de tous les signaux hyperfréquences à double polarisation, en adaptant certains de ses éléments à la gamme de fréquence à laquelle il est destiné. Un signal ou bien encore une onde est dit à double polarisation lorsqu'il ne propage pas sur un plan, comme c'est le cas pour un signal à polarisation rectiligne (encore appelé onde plane), mais autour d'un axe déterminant la direction de propagation du signal. C'est le cas des ondes à polarisation circulaire, ou bien encore des ondes à polarisation elliptique. Une onde à double polarisation peut être considérée comme la superposition de deux ondes à polarisation rectiligne. La polarisation est circulaire lorsque l'amplitude du vecteur champ (électrique ou magnétique) résultant de la superposition des deux ondes est constante autour de l'axe de propagation: plus précisément, l'extrémité du vecteur champ décrit un cercle autour de l'axe, en projection sur un plan perpendiculaire à cet axe. 2 990 7 Une onde à polarisation circulaire est la résultante de deux ondes planes, orthogonales entre elles, et dont les amplitudes maximum ainsi que les fréquences sont égales, mais entre lesquelles existe un déphasage de 90 La polarisation est dite elliptique lorsque l'amplitude du vec- teur champ varie autour de l'axe de propagation. Son extrémité décrit une ellipse, en projection sur un plan perpendiculaire à l'axe. Une onde à polarisation elliptique est la résultante de deux ondes planes, orthogonales, dont les amplitudes maximum sont différentes. La polarisation circulaire est principalement utilisée dans les installations de poursuite de satellites ou dans les installations de communication spatiale. Les conséquences de l'effet Faraday qui existe dans l'ionosphère sont alors amoindries, et la réception est meilleure. La polarisation circulaire est également utilisée dans les radars terrestres, afin de limiter les échos parasites dos aux nuages. Afin d'exploiter à la réception une onde émise en double polarisation, il est connu de décomposer cette onde en deux ondes planes, puis d'analyser chacune des composantes obtenues. Il s'ensuit qu'un dispositif pour la réception d'ondes ou de signaux hyperfréquences à double polarisation doit comporter des moyens pour assurer la réception et le traitement de deux signaux hyperfréquences à polarisation rectiligne. Dans les dispositifs connus de réception de signaux hyper- fréquences à polarisation rectiligne, le signal est capté à l'aide d'une sonde qui alimente l'entrée d'une tête hyperfréquence. Les têtes hyperfréquences comprennent un étage préampli- ficateur relié à la sonde, afin d'amplifier le signal reçu dans la bande des ondes centimétriques. Un convertisseur hétérodyne, constitué d'un oscillateur local et d'un mélangeur, permet de transposer la fréquence du signal reçu par la sonde vers une fréquence inférieure, par exemple dans la bande des ondes décimétriques; ensuite, un amplificateur agit sur le signal transposé avant son exploitation. Ces divers constituants comprennent des éléments en mi- crobandes répartis sur des substrats diélectriques d'épaisseur plus ou moins importante selon qu'ils sont associés au circuit des ondes décimétriques ou au circuit des ondes centimétriques. Des tronçons conducteurs sont réalisés par métallisation sur ces substrats et leur largeur varie selon la bande de fréquence à laquelle ils sont destinés. La sonde pour capter le signal est, dans ces différents circuits, réalisée à l'aide d'une métallisation placée sur l'un des substrats, et se trouve à l'intérieur d'un guide d'ondes relié à l'antenne de réception. La réalisation d'un dispositif de réception de signaux hyper- fréquences à double polarisation présente des inconvénients car ce dispositif doit posséder deux sondes et deux ensembles de substrats. Il faut tout d'abord que les sondes soient agencées pour recevoir des signaux orthogonaux entre eux. Il faut ensuite que les circuits alimentant les têtes hyperfréquences n'interfèrent pas; il faut que le montage soit rapide, ne nécessite pas de réglages ultérieurs et ait une rigidité suffisante. Le dispositif de l'invention vérifie ces différentes conditions. Selon l'invention, un dispositif pour la réception d'un signal hyperfréquences a double polarisation comporte une antenne pour diriger le signal vers un guide d'ondes à l'entrée duquel se trouve un dépolariseur qui permet de décomposer le signal en deux compo- santes orthogonales, à polarisation rectiligne, et est caractérisé en ce qu'une sonde réalisée par métallisation d'un premier substrat diélectrique est placée à l'intérieur du guide d'ondes, à proximité de sa sortie, perpendiculairement à l'axe longitudinal de ce guide, et est maintenue à distance d'une seconde sonde réalisée par métal- lisation d'un second substrat diélectrique, qui est placée perpendi- culairement à l'axe longitudinal du guide, à proximité d'une extré- mité d'un second guide d'ondes de même section interne que le premier, et qui est situé dans le prolongement du premier, et en ce que des moyens permettent d'assurer l'orthogonalité des deux sondes par rapport à l'axe et l'une par rapport à l'autre dès le montage de l'ensemble, et en ce que des moyens sont prévus pour assurer le découplage et l'adaptation des sondes. Dans un mode préféré de réalisation du dispositif de l'inven- tion, les deux sondes sont maintenues à distance l'une de l'autre grâce au second guide d'ondes, aux extrémités duquel sont placés les substrats portant chaque sonde, et l'orthogonalité entre les deux sondes est assurée grâce à un tube dans lequel s'emmanche le guide d'ondes, et aux extrémités duquel on trouve des languettes identi- ques d'une extrémité du tube à l'autre, mais décalées de 90 o, prévues pour coopérer avec des fentes ménagées dans les substrats, et positionnées sur un substrat et sur l'autre à des mêmes empla- cements relatifs par rapport aux sondes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaî- tront avec la description de quelques modes de réalisation du dispositif, faite en regard des figures annexées sur lesquelles: - La figure 1 montre une antenne qui peut être utilisée en association avec le dispositif de l'invention. - La figure 2 est une vue éclatée du dispositif de l'invention, permettant de montrer ses éléments constitutifs. - La figure 3 est une vue en coupe du dispositif de l'invention lorsqu'il est assemblé. - La figure 4 est une vue en coupe d'une variante du dispositif de l'invention lorsqu'il est assemblé. - La figure 5 représente le détail de l'une des parties du dispositif de l'invention. Le dispositif pour la réception d'ondes à double polarisation comporte, comme le montre la figure 1, une antenne de réception du type CASSEGRAIN constituée d'un réflecteur paraboloidal 1, au foyer duquel se trouve un réflecteur hyperboloidal 2 qui renvoie les ondes électromagnétiques vers un cornet de réception 3 associé à un guide d'ondes 4 dont le rôle est de diriger les ondes vers les éléments actifs des circuits hautes-fréquences qui se trouvent à l'extrémité du guide d'ondes opposée à l'antenne. La décomposition de l'onde à polarisation circulaire en deux ondes planes s'effectue, de façon connue, à l'aide d'un dépolariseur situé à la sortie du cornet de réception 3, dans le guide d'ondes 4. Ce dépolariseur, non représenté sur les figures, est en diélectrique ou en lame métallique. Les deux ondes ainsi obtenues sont orthogonales entre elles et continuent leur propagation à l'intérieur du guide d'ondes 4. Le dispositif dont la figure 2 montre, en vue éclatée, les éléments constitutifs permet la réception de ces deux ondes orthogonales. Le guide d'ondes 4 se présente sous la forme d'un cylindre ouvert à ses deux extrémités. L'une des extrémités est reliée à la sortie du cornet de réception 3 de la figure 1. A l'autre extrémité, destinée à être à proximité des circuits de réception, on trouve un évidement 41 pour le passage de la liaison électrique entre une sonde 51 et la tête hyperfréquence (non représentée) qui lui est associée. Le dispositif comporte également un premier ensemble 5 de circuits hyperfréquences en microbandes sur lequel se trouve la première sonde 51 pour la réception de l'une des deux ondes issues de la décomposition du signal à double polarisation par le dépo- lariseur. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, cet en- semble est assemblé selon la technologie protégée par le Brevet Français n 2 522 885 de la demanderesse. Il est constitué de deux substrats superposés: un substrat mince SM 5 destiné à la bande des ondes centimétriques et un substrat épais SE 5 destiné à la bande des ondes décimétriques. La sonde 51 destinée à la réception est réalisée par une métallisation de la face du substrat mince SM 5 non en regard du substrat épais SE 5. Cette sonde 51 possède une forme quasi triangulaire (section axiale d'une "carotte"), dont le sommet se trouve sensiblement au centre d'un cercle, délimité sur l'assemblage de substrats par des fentes F52, F53, F54 en forme d'arcs. Ces fentes traversent les deux substrats SM 5 et SE 5 de part en part. Une métallisation, non représentée, se trouve entre les deux substrats et sert de plan de masse. Le substrat mince SM S est destiné à se trouver en regard de l'extrémité du guide d'ondes 4 qui porte l'évidement 41. Un guide 6, cylindrique, dont le diamètre intérieur est le même que le diamètre intérieur du guide 4 est destiné à être placé, par l'une de ses extrémités, en regard du substrat épais SE 5. A proximité de cette extrémité, dans la paroi du guide, sont ménagées deux fentes minces, diamétralement opposées, et parallèles à l'axe longitudinal du guide. Une seule de ces fentes 63 est visible sur la figure. Ces fentes sont destinées à recevoir une lame métallique 61 pour l'adaptation de la sonde 51 et le découplage entre les deux accès comme il sera expliqué ultérieurement. A l'autre extrémité de ce guide, se trouve un évidement 62 qui permet le passage de la seconde sonde (pour la réception du second signal). Ce guide 6 possède également le même diamètre externe que le guide 4 relié au cornet. Un tube 7 possède un diamètre interne égal au diamètre externe du guide 6, afin que ce dernier puisse être emmanché à l'intérieur. L'extrémité du tube 7 destinée à se trouver en regard du substrat épais de l'ensemble 5 possède des prolongements en forme de languettes L52, L53, L54 complémentaires des fentes F52 F53, F54 qui traversent les deux substrats SM 5 et SE 5, afin que ces languettes puissent être engagées dans les fentes, et que le tube 7 soit rendu solidaire de l'ensemble 5. L'autre extrémité du tube 7 est également terminée par des languettes L82, L83, L84, semblables à celles de l'autre extrémité, mais décalées de 90 o par rapport à ces dernières. La longueur du tube 7, sans les languettes de chaque extrémité est égale à la longueur du guide 6. Un évidement 71 est ménagé entre deux languettes L82 et L83, afin d'être en regard de l'évide- ment 62 du guide 6 lorsque celui est en place, pour laisser le passage d'une liaison électrique entre une seconde sonde et une tête haute- fréquence. Deux fentes, dont une seule 72 est visible, sont ménagées dans la paroi du tube 7, parallèlement à son axe longitudinal pour permettre la mise en place de la lame métallique 61 dans les fentes 63 du guide 6. Les fentes 63 du guide 6 et 72 du tube 7 sont placées de façon à ce que la lame 61 d'adaptation de la sonde 51 soit parallèle à l'axe longitudinal de cette sonde lorsque les languettes L52, L53, L4 du tube 7 sont en place dans les fentes F52, F53, F.4 de l'ensemble 5 portant cette sonde 51. Les languettes du tube 7 et les fentes de l'ensemble 5 corres- pondantes sont agencées de façon qu'un seul positionnement de cet ensemble soit possible. Un second ensemble 8 comportant des éléments en micro- bandes est identique au premier et comporte une sonde 81 et trois fentes F82, F83, F84 destinées à coopérer avec les languet- tes L82, L83, L84 de l'autre extrémité du tube 8. La transition guide servant de sonde 81 est réalisée à l'aide d'une métallisation quasi triangulaire ménagée sur le substrat min- ce SM 8 du second ensemble 8. Cette sonde est reliée à l'étage amplificateur de la tête haute-fréquence par une liaison en micro- bandes passant par les évidements 71 du tube 7, et 62 du guide 6. Un substrat épais SE 8 compose également cet ensemble 8 en microbandes, selon la technologie décrite dans le Brevet Fran- çais n 2 522 885 déjà cité. Des fentes F82, F83, F84 sont réalisées dans l'épaisseur des deux substrats, identiquement aux fentes F52, F53, F54 du premier ensemble de circuits, et sont destinées à coopérer avec les languet- tes L82, L83, L84 du tube 7. Une coupelle cylindrique 9, obturée par un fond de court- circuit, possède un diamètre interne égal au diamètre interne du guide 6 et un diamètre externe égal au diamètre interne du tube 7. Cette coupelle est prévue pour s'emmancher dans les lan- guettes L82, L83 L84 lorsque le tube 7 est en place sur l'en- semble 8 de circuits en microbandes. Les figures 3 et 4 montrent, selon une coupe passant par l'axe longitudinal de la sonde 51, le dispositif lorsque les éléments consti- tutifs sont en place. Le guide d'ondes 4 destiné à être relié à l'antenne est au contact du substrat mince SM 5 du premier ensemble 5 de circuits hyperfréquence en microbandes. L'évidement 41 permet le passage de la sonde 51 et sa liaison électrique avec la tête hyperfréquence à laquelle elle est associée. Le second guide 6 est placé entre les deux ensembles 5 et 8 de circuits en microbandes. Par sa présence, il permet que les substrats SM 5, SE 5, SM 8, SE 8 et par conséquent les sondes 51 et 81 qu'il porte respectivement soient sur des plans parfaitement parallèles, tout en étant perpendiculaires à l'axe longitudinal des guides. Ceci est rendu possible car les extrémités des guides sont en section droite. Le tube 7 grâce aux languettes engagées dans les fentes des ensembles 5 et 8 de circuits en micro- bandes permet que les sondes soit orthogonales entre elles, car les languettes sont semblables d'une extrémité à l'autre mais décalées de 90 *, et car les ensembles 5 et 8 de circuits en microbandes sont identiques, et ont notamment leurs fentes placées aux mêmes endroits par rapport aux sondes. Le maintien ferme du guide d'ondes 4 par rapport au premier ensemble 5 de circuit en microbande est assuré grâce aux languet- tes L52, L53, L54 comme le montrent les figures 3 et 4. La lame métallique 61- est soudée, après avoir été mise en place, à la fois dans les fentes 63 et 72 du guide 6 et du tube 8. Elle est placée parallèlement à l'axe longitudinal de la sonde 51 et ainsi réfléchit toutes les ondes qui lui sont parallèles. De ce fait, la sonde 51 est adaptée. La distance séparant les deux sondes est égale à une longueur d'ondes guidée. Pour que l'adaptation de la sonde soit effective, il faut que le milieu de la lame métallique 61 soit situé à une distance de la sonde 51 égale au quart de la longueur d'onde guidée. Ainsi, cette lame métallique renvoie vers la sonde 51 la composante du champ qui lui est parallèle, ce qui permet l'adaptation de la sonde 51 et l'établissement d'un bon découplage entre les deux accès. La coupelle de terminaison 9 est maintenue sur l'ensemble d'une façon semblable au guide d'ondes 4: les languettes L82 L83, L84 passant dans les fentes du second ensemble 8 de circuits permettent ce maintien. Le fond de cette coupelle est maintenu parallèle à l'ensemble 8 de circuits, à une distance de la sonde 81 légèrement inférieure au quart de la longueur d'onde guidée. Ce fond de court-circuit permet l'adaptation de la seconde sonde 81. Il est possible d'améliorer le découplage en remplaçant la coupelle 9 par une lame métallique 91 parallèle à l'axe longitudinal de la sonde 81, comme le montre la figure 4. Cette lame est maintenue dans un guide circulaire 9 bis de mêmes diamètres interne et externe que les guides 4 et 6. Cette lame métallique 91 est maintenue dans le guide 9 bis grâce à des fentes diamétralement opposées et parallèles à l'axe longitudinal de ce guide, comme il était le cas pour la lame métallique 61 du guide 6 et du tube 8. Le découplage peut aussi être amélioré en plaçant une lame résistive entre la lame métallique 61 et la seconde sonde 81 paral- lèlement à la lame 61. Cette lame absorbera le résidu de la composante du champ parallèle à la première sonde 51 qui n'aura pas été réfléchi par la lame métallique 61 et qui n'aura pas été capté par la première sonde 51. L'utilisation de cette lame est indispensable lorsque les décou- plages entre les deux accès doivent être supérieurs aux valeurs exigées par les critères de réception des programmes de télévision par satellite. La figure 5 représente une yue partielle, c8té substrat mince SM 5; du premier ensemble 5 de circuits en microbandes. Le second ensemble 8 de circuits en microbandes possède également la struc- ture représentée sur cette figure 5. Les fentes F52, F53, F54 destinées à coopérer avec les lan- guettes du tube 7 apparaissent sur cette figure. Une métallisation 10 annulaire possède un diamètre externe égal au diamètre interne des fentes et un diamètre interne égal à celui du guide d'ondes 4. Cette métallisation est pratiquée sur le substrat mince SM 5 et est reliée par un rivet R de transfert de masse au plan de masse qui, on le rappelle, est situé entre les deux substrats SM 5 et SE 5. La sonde S1 est reliée par l'intermédiaire d'une liaison 11 en microbandes au reste des circuits composant la tête hyperfré- quences 12. Cette métallisation permet, lorsque le dispositif est entiè- rement monté, que le guide d'ondes 4 soit relié à la masse. La métallisation similaire sur le substrat mince SM 8 du se- cond ensemble de circuits en microbandes, permet le contact du guide d'ondes 6 situé entre les deux ensembles de circuits en microbandes avec le plan de masse compris entre les substrats minces SM 8 et épais SE 8 du second ensemble de circuits. De préférence, le contact électrique avec la masse est assuré en réalisant un cordon de soudure entre le guide 4 et la métal- lisation 10 du premier ensemble de circuits ou entre le guide 6 et la métallisation correspondante du second ensemble de circuits. De préférence, pour assurer une bonne rigidité mécanique à l'ensemble, des points de soudure sont assurés entre le guide d'ondes 4 et les languettes L52, L53, L54 et entre la coupelle 9 ou le guide 9 bis et les languettes L82 L83, L84 du tube 7. ll REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la réception d'un signal hyperfréquences à double polarisation comportant, en association avec une anten- ne (1, 2, 3), un guide d'ondes (4) à l'entrée duquel se trouve un dépolariseur, caractérisé en ce qu'une première sonde (51) réalisée par métallisation d'un premier substrat mince (SM 5) diélectrique est placée à l'intérieur du guide d'ondes (4), à proximité de sa sortie, perpendiculairement à son axe longitudinal, à distance d'une seconde sonde (81) réalisée par métallisation d'un second substrat min- ce (SM 8) diélectrique, et qui est également placée perpendiculai- rement à l'axe longitudinal du guide (4), à proximité d'une extrémité d'un second guide (6), de même section interne que le premier guide (4), et situé dans le prolongement de ce premier guide, et en ce que des moyens permettent d'assurer l'orthogonalité des deux sondes entre elles dès le montage de l'ensemble et en ce que des moyens sont prévus pour assurer le découplage et l'adaptation des sondes sans réglages ultérieurs. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un tube (7) de diamètre interne égal au diamètre externe du second guide (6) d'ondes, afin que ce guide puisse être emmanché à l'intérieur de ce tube, et en ce que les extrémités de ce tube comportent des languettes (L52, L3, LS4 et L82, L83, L84) iden- tiques et décalées de 90 O d'une extrémité à l'autre, et en ce que les substrats sur lesquels sont placées les sondes comportent des fen- tes (F52, F53, Fs4 et F82, F83, F84) complémentaires des lan- guettes, ayant les mêmes emplacements relatifs par rapport aux sondes (51, 81), ce qui permet, lorsque les languettes sont engagées dans lesdites fentes, d'assurer l'orthogonalité entre les deux sondes. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que les guides (4, 6) possèdent une section circulaire. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une lame (61) métallique est placée dans des fentes (63) du guide (6) et (72) du tube (8), diamétralement opposées et réalisées parallèlement à l'axe longitudinal desdits guide et tube, en ce que cette lame est rendue solidaire du guide (6) et du tube (7) par soudage, et est placée parallèlement à la première sonde (51). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le milieu de la lame (61) est à une distance de la première sonde (51) équivalent au quart de' la longueur d'ondes guidée afin d'adapter la première sonde (51) en renvoyant vers celle-ci la composante du champ qui lui est parallèle. 6. Dispositif selon les revendications 4 et 5, cractérisé en ce qu'une lame résistive est placée entre la seconde sonde z8) et la lame (61), parallèlement à cette dernière, de façon à atténuer le résidu de la composante du champ qui lui est parallèle et qui n'est pas réfléchie par la lame (61), pour améliorer le décoIplage entre les deux accès. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que le guide d'ondes (4) en contact avec l'antenne (1, 2, 3) est au contact d'une métallisation trat mince (SM 5) du premier ensemble de circuit en miicrobandes, possède un évidement (41) pour le passage de la sonde (51) de ce premier ensemble, et est maintenu fermement sur cet ensemble de circuits grâce aux languettes (L52, L53, L54) du tube (7) traversant cet ensemble (5), et à l'intérieur desquelles il est emmanché. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce qu'une métallisation annulaire est pra- tiquée sur le substrat mince (SM 8) du second ensemble de circuit (8) en microbandes, et en ce qu'une des extrémités du second guide d'ondes (6) est en contact avec cette métallisation annulaire qui est d'autre part reliée au plan de masse de ce substrat (SM 8) par un rivet (R) de transfert de masse. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce qu'une coupelle (9) possédant un fond de courtcircuit est emmanchée dans les languettes (L82, L83, L84) traversant le second ensemble (8) de circuits, pour assurer l'adap- tation de la seconde sonde (81). 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'une lame métallique (91) est engagée dans des fentes d'un guide (9 bis) diamétralement opposées et parallèles à l'axe longitudinal de ce guide, et en ce que ce guide est emmanché dans les languettes (L82, L83, L84) du tube (7) traversant les fen- tes (F82, F83, F84) du second ensemble de circuits, afin d'adapter la seconde sonde (81) et d'améliorer le découplage entre les deux acces. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que les ensembles (5, 8) de circuits portant les deux sondes (51, 81) sont composés chacun d'un substrat mince (SM 5, SM 8) et d'un substrat épais (SE 5, SE 8), superposés, et entre lesquels se trouve un plan de masse. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que l'antenne à laquelle il est associé comporte un réflecteur paraboloidal (1), au foyer duquel se trouve un réflecteur hyperboloîdal (2) qui renvoie les ondes vers un cor- net (3) de réception.