Brevet FR2584870A1 — publié le 19870116

L'invention concerne un dispositif pour séparer ou mélanger dans un guide d'ondes les informations véhiculées par des ondes électromagnétiques se propa- geant suivant deux modes orthogonaux, chaque mode étant affecté d'une polarisation linéaire. Parmi les nombreux domaines d'application des guides d'ondes on peut citer celui des communications par satellites o l'utilisation de polarisations orthogo- nales est courante. Les antennes modernes sur les satellites utilisent souvent des sources multiples à plusieurs cornets pour l'alimentation de réflecteurs utilisés pour créer des faisceaux conformés ou multi- ples. L'utilisation de deux polarisations dans les réseaux d'alimentation des sources multiples donne des structures très complexes et pose des problèmes d'implantation, surtout si le nombre de cornets est élevé et leur disposition compacte (l'espacement entre cornets est de l'ordre de la longueur d'onde utilisée). Les signaux à séparer ou à mélanger peuvent avoir des bandes de fréquences différentes, relativement larges, et parfois bien séparées, par exemple 17.7 - 22.2 GHz et 27.5 - 31.0 GHz. 2 2584870 Il est nécessaire de garder au dispositif duplexeur une section réduite afin de pouvoir l'utiliser dans les réseaux d'alimentation à plusieurs sources placées à proximité tout en respectant les exigences de compa- cité. De plus, la complexité du dispositif doit être réduite au minimum. Dans l'art antérieur on connait plusieurs types de duplexeurs de polarisation. Le type de duplexeur classique comporte un guide d'ondes principal et au moins un guide d'ondes de sortiedontl'axe est perpen- diculaire à celui du guide principal. Cette construction pose des problèmes d'assemblage, en particulier lorsque le nombre de sources à alimenter par ce dispositif est élevé et lorsque la distance entre les sources est réduite. Un deuxième type de duplexeur est illustré par le brevet des Etats-Unis d'Amérique No. 4,126,835 (Gould). Ce type de duplexeur est basé sur un polariseur à septum, qui sert à convertir un signal à polarisation linéaire en un signal à polarisation circulaire et vice versa. Il n'existe pas de version de ce dernier dispositif pour des polarisations linéaires. L'invention comble les lacunes de l'art antérieur et a pour objet un duplexeur de polarisation compact qui permet de séparer des ondes hyperfréquences se propageant suivant deux modes de polarisation ortho- gonaux en deux ondes à polarisation linéaire ou pour mélanger des ondes à polarisation linéaire en ondes hyperfréquences à polarisations orthogonales. Ce but est atteint par un duplexeur de polarisation comprenant un guide parallélipip6dique, au moins une paroi métallique s'étendant entre une extrémité du guide et un plan de section transversale compris entre les deux extrémités du guide de manière à former à l'intérieur du guide parallélipipédique, un premier guide d'ondes ayant la section du guide parallélipi- pédique et capable de supporter la propagation d'une onde à deux modes de polarisation orthogonaux, un deuxième guide d'ondes et un troisième guide d'ondes, de sections plus petites, ayant leurs axes parallèles, ces deuxième et troisième guides d'ondes étant disposés dans l'alignement du premier guide d'ondes et dimen- sionnés pour être capables de supporter l'un, la propa- gation d'une onde à polarisation linéaire horizontale et l'autre, la propagation d'une onde à polarisation linéaire verticale, et au moins un dispositif de coupure de mode positionné dans le premier guide d'ondes, dans l'axe de l'un des deuxième et troisième guides d'ondes, de manière à supprimer un mode de polarisation indésirable ( par exemple le mode de polarisation horizontal) dans ledit guide d'ondes. Plusieurs parois métalliques internes peuvent être disposées pour délimiter des guides à polarisation linéaire avec transition de section. Le dispositif selon l'invention a pour avantage princi- pal d'avoir une structure compacte intégrant un guide à deux modes de polarisation orthogonaux et deux guides à mode de polarisation linéaire disposés en ligne et assurant une isolation parfaite entre les signaux conte- nus dans les deux modes de polarisation linéaires. D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de l'exposé de l'invention. L'invention est exposée dans ce qui suit en s'appuyant sur les dessins ciannexés dans lesquels: 35. la figure 1 représente en perspective, avec arrachement, un dispositif exemplaire selon l'invention; 4 2584870T la figure 2 illustre un deuxième mode de réalisation exemplaire du dispositif selon l'invention; À la figure 3 est une vue en élévation, avec coupe partielle, du dispositif de la figure 2; 5. la figure 4 est une vue du côté gauche du dispositif de la figure 3; À la figure 5 est une vue du côté droit du dispositif de la figure 3; * la figure 6 est une vue en perspective avec arrachement montrant une variante d'exécution du dispositif selon la figure 2. Comme le montrent les dessins, le duplexeur de polari- sation selon l'invention se présente sous la forme d'un guide de forme parallélipipédique 10. Dans le mode de réalisation exemplaire illustré à la figure I on voit qu'à l'intérieur du guide 10, entre son extrémité droite et un plan de section transversale situé entre les extrémités du guide, s'étend une paroi métallique verticale 14 qui relie les faces supérieure et inférieure et partage le volume intérieur du guide sur la longueur de la paroi 14, en deux guides 12 et 13 ayant leurs axes parallèles. Le volume intérieur du guide parallélipipé- dique 10 comprend ainsi un guide principal 11 ayant une section égale à celle du guide 10 et deux guides secon- daires parallèles 12 et 13 de sections plus petites que celle du guide principal 11. Les dimensions de la section du guide principal 11, et par conséquent celles de la section transversale du dispositif, sont telles que le guide principal 11 soit capable de supporter la propagation d'une onde électromagnétique à deux modes de polarisation ortho- gonaux H et V, avec champ électrique horizontal et vertical respectivement, par exemple les modes TE01 et TE10. Le guide principal 11 est représenté avec une 2584870 section carrée pour la clarté du dessin. Les dimensions de la section carrée sont habituellement de l'ordre de 1 X x 1 A ( A représente la longueur d'onde utilisée pour la propagation). Les sections des guides rectangulaires 12 et 13 sont choisies de façon à permettre la propagation d'un mode de polarisation à champ électrique horizontal dans le guide 12 et d'un mode de polarisation à champ électrique vertical dans le guide 13. Le guide 12 a par exemple une section de 1 X x 0,4 X et le guide 13, une section de 1 A x 0,6 À. La dimension horizontale (0,4) du guide 12 empeche la propagation du mode de polarisation à champ électrique vertical. A l'extrémité du guide 12 on ne retrouve donc qu'un signal contenu dans le mode de polarisation horizontal. Une lame verticale 15 disposée dans le guide principal 11 sert à l'adaptation d'impédance entre le guide 11 et le guide 12. Plusieurs lames d'adaptation peuvent être prévues. Le signal contenu dans le mode de polarisation à champ électrique vertical peut être propagé dans le guide 13. Pour y supprimer le champ électrique horizontal indési- rable, un dispositif de coupure pour la polarisation horizontale est monté à l'intérieur du guide principal 11, dans l'alignement du guide 13. Ce dispositif de coupure est réalisé sous forme d'une lame métallique 16 qui s'étend entre les deux parois verticales du guide 13. L'effet d'une telle lame de coupure est connu en sol: elle dévie les lignes de force du champ élec- trique horizontal pour les amener progressivement paral- lèles aux lignes de force du champ électrique vertical. La lame 16 est formée avec un bord 17 profilé pour optimiser la coupure du mode de polarisation horizontal de manière que seul le mode de polarisation vertical se trouve propagé dans le guide 13. Le profil du bord 17 suit avantageusement une courbe cosinus carré comme montré à titre d'exemple à la figure 1. Grâce à la disposition selon l'invention, les modes de polarisation horizontal et vertical présents dans le guide principal 11 se trouvent séparés effi- cacement dans les deux guides secondaires 12 et 13 qui propagent ainsi l'un, le signal contenu dans le mode horizontal et l'autre, le signal contenu dans le mode vertical. Les dimensions des guides 12 et 13 ainsi que le nombre et les dimensions des lames dépendent des bandes de fré- quences utilisées mais une fois les conditions de coupure réalisées pour un mode de polarisation indésirable, les dimensions de la lame correspondante sont optimisées en fonction de la bande de fréquences utilisée. Il n'est nullement obligatoire que les deux guides à polarisation linéaire aient une section constante comme les guides 12 et 13 montrés à la figure 1. Un autre mode de réalisation exemplaire est illustré aux figures 2 à 5. Dans ce mode de réalisation, les deux guides à polarisation linéaire ont une section variable depuis leur Jonction avec le guide principal 11 Jusqu'à leur extrémité libre. Les deux guides secondaires 22 et 23, de section variable, sont délimités à l'intérieur du guide 10 par des parois métalliques internes 24 et 25, chaque paroi interne formant un angle (voir en particulier figure 5) de manière à former les faces intérieures d'un guide secondaire avec variation régulière de section. La fonction de cette structure avec transitions de section est semblable à celle de la structure de la figure 1: les modes de polarisation orthogonaux propagés dans le guide principal 11 se trouvent séparés dans les guides secondaires 22 et 23, le mode de polarisation horizontal se propageant dans le guide 22 et le mode de polarisation vertical se propageant dans le guide 23. L'un des guides secon- daires pourrait être tourné de 900 pour obtenir deux guides à champs parallèles. Les guides à polarisation linéaire pourraient également être délimités l'un par une paroi interne plane et l'autre, par une paroi interne formant un angle. La figure 6 montre une variante d'exécution du dispo- sitif représenté à la figure 2. La variante porte sur la réalisation du dispositif d'adaptation d'impédance entre le guide principal 11 et le guide à polarisation horizontale 22 et sur la réalisation du dispositif de coupure de la polarisation horizontale indésirable dans le guide 23. La lame verticale 15 de la figure 2 est ici remplacée avantageusement par un réseau de fils métalliques qui s'est avéré être performant. Le nombre et les dimensions des fils métalliques 15 dépend de la bande de fréquencesutilis6e. Quant à la lame horizontale 16, elle est réalisée ici avec un bord 17 ayant un profil en escalier pour optimiser la coupure du mode de polarisation horizontal. On remarque clairement sur les dessins ci-annexés que le duplexeur de polarisation selon l'invention se distingue par une structure compacte et intégrée ayant la section du guide principal sur toute sa longueur. Dans cette structure on observe la disposition des guides à pola- risation linéaire en alignement avec le guide à polari- sations orthogonales. Une telle structure compacte trouve avec avantages son utilisation dans les réseaux d'alimentation des sources primaires des antennes pour satellites artificiels. 8 2584870 A cet avantage essentiel et caractéristique s'en ajoutent divers autres que l'on peut résumer comme suit: fabri- cation aisée, possibilité de réaliser une transition parfaite entre deux guides d'ondes de sections diffé- rentes, possibilité d'utiliser des bandes de fréquences différentes et séparées pour les deux polarisations, isolation entre les signaux contenus dans les deux modes de polarisation. REVENDICATIONS 1. Duplexeur de polarisation comprenant un guide parallélipipédique et au moins une paroi métallique s'étendant entre une extrémité du guide (10) et un plan de section transversale compris entre les deux extrémités du guide parallélipip6dique, caractérisé en ce que ladite paroi (14) est disposée de manière à former à l'intérieur du guide parallélipipédique (10) un premier guide d'ondes (11) ayant la section dudit guide parallélipipédique et capable de supporter la propagation d'une onde à deux modes de polarisation orthogonaux, un deuxième guide d'ondes (12) et un troisième guide d'ondes (13) de sections plus petites et ayant leurs axes parallèles, les deuxième et troisième guides d'ondes étant disposés dans l'alignement du premier guide d'ondes (11), les deuxième et troisième guides d'ondes étant dimensionnés pour être capables de supporter l'un (12), la propagation d'une onde à polarisation linéaire horizontale et l'autre (13), la propagation d'une onde à polarisation linéaire verticale, et en ce qu'un dispositif de coupure de mode (16) au moins est positionné dans le premier guide d'ondes (11), dans l'axe de l'un des deuxième et troisième guides d'ondes de manière à supprimer un mode de polarisation indési- rable dans ledit guide d'ondes. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de coupure (16) est une lame métallique ayant un bord (17) présentant un profil en forme de courbe cosinus carré. 3. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de coupure (16) est une lame métallique ayant un bord (17) présentant un profil en escalier. 2584870 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif (15) pour adapter l'impédance entre le premier guide d'ondes (11) et l'un des deuxième et troisième guides d'ondes (12, 13). 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une paroi métallique au moins (par exemple 25) est disposée de manière à former à l'intérieur dudit guide parallélipipédique (10), les faces intérieures d'un guide h polarisation linéaire de section variable (par exemple 23).