Brevet FR2582449A1 — publié le 19861128

La présente inventionr concerne un dispositif diplexeur de polarisations et un équipement hyperfréquence comportant un tel dispositif. On appelle dipiexaur de polarisations jr dispositif hyper- fréquence réciproque possédant deux entrées et une sortie tel que si l'on applique sur les deux entrées deux ondes électronia- gnétiques polarisées rectilignement et de même fréquence, on obtient à la sortie deux ondes é.ectromagnétiques de poiarisa- tions orthogonales se propageantc dans un mêne guide d'onde. io Ces dispositifs diplexeurs de arlsations sont générale- ment utilisés dans oes dispositifs hyperfr.âquenees dans lesquels deux ondes avec des polarisat.ions orthogonales:ioivent se pro- pager dans un même guiGe d'ondr-; ceci est par exemple le cas pour l'alimention de l'antenne de certains radars ou équipements de contre-mesures. Il est nécessaire en effet dans cerLtaëis types de radar de prévoir pour l'alimentation de leur antenna un dispositif assu- r-ant à partir de deux sources hyperfréquences, la propagation dans un même guide d'onde à section 3rrrJe de deux ondes élecLro- magnétiques selon deux modes orthaqaux:ome 1aic exemple les modes 'TE oet [rEL t'n tel disnos:t f pdese.:te ceux accès indi-- pendants ei découplé,s l'un par ?sppt a. aur, perrnett-_ent d'exciter. inidividuellement une 'rois' ee 1:t;onvenablement dimensionnée, dans laquellc les.eu: xe oe synécrie est parallèle à l'axe de symétrie du guide o'eonde et qui est montée à l'1irtOrieur du guide d'onde sur l'une de ses parcis et ce en contact élec- trique avec celle-ci. L'excitation des deux modes de propagation orthogonaux se fait alors par deux transitions ligne coaxiale- guide d'onde. une première transition est fixée sur une paroi du guide d'onde, la seconde sur une autre paroi, orthogonale à la première. Ce dispositif présente l'avantage d'une large bande passante d'utilisation et l'inconvénient d'une limitation aux faibles puissances. Une autre réalisation consiste en un premier guide d'onde à section rectangulaire dans lequel se propage une onde électro- magnétique selon un premier mode, qui est couplé à un second guide d'onde à section rectangulaire par l'un de ses côtés, second guide dans lequel se propage une onde selon un second mode orthogonal à celui se propageant, dans le premier guide d'onde. Cette réalisation qui ne comporte pas de lignes coaxiales, assure une bonne tenue en puissance, mais du fait de la structure utilisée, ne permet qu'une utilisation dans une faible bande passante. Le dispositif selon l'invention vise à remédier à ces inconvénients en présentant à la fois une large bande passante d'utilisation, pouvant dépasser un octave, et une tenue en puissance élevée. Suivant une caractéristique de l'invention, le dispositif diplexeur de polarisations comporte un diviseur de puissance dont l'entrée possède deux guides d'ondes à section rectangulaire et la sortie quatre guides d'ondes à section rectangulaire, un guide d'onde à section carrée comportant un adaptateur d'impé- dance, et un é6lément de transition permettant de passer des quatre guides d'ondes à section rectangulaire au guide d'onde à section carrée, la coopération de ces trois éléments permettant une large bande passante et une bonne tenue à des puissances importantes. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description qui suit donnée à l'aide des figures qui représentent: - la figure 1, une vue d'ensemble du dispositif selon l'invention; - les figures 2a. 2b et 2c, les détails de réalisation du diviseur de puissarce faisant partie du dispositif selon l'invention. La figure 1 montre un dispositif diplexeur de polarisation à large bande dans lequel on distingue la combinaison des trois éléments suivants: un diviseur de puissance à deux entrées et quatre sorties, un élément de transition permettant le raccor- dement des quatre sorties du diviseur de puissance, et un guide à section carrée comportant un adaptateur d'impédance. La combinaison de ces trois éléments permet d'obtenir à partir de deux ondes électromagnétiques se propageant par exemple dans le mode TEo01, la propagation de deux ondes électromagnétiques selon les modes orthogonaux TElo et TEo1 dans le guide d'onde à section carrée de sortie. La coopération de ces trois éléments assure une bonne tenue en puissance du fait de l'utilisation exclusive de guides d'ondes, une isolation importante entre les voies d'excitation et une valeur de T.O.S. relativement faible pouvant atteindre par exemple 1,2. Ces trois éléments sont entièrement métalliques et peuvent être fabriqués à partir d'un même métal. Le diviseur de puissance comporte deux guides d'ondes 11 et 12 à deux redans 8 dont les entrées sont disponibles sur une plaque 1 permettant le raccordement aux deux sources d'exci- tation. Chacun de ces deux guides d'ondes 11 et 12 est séparé en deux parties identiques selon un plan de symétrie parallèle au grand côté de la section droite du guide d'onde considéré; chaque moitié de guide d'onde comporte ainsi un redan. La sortie 2 de ce diviseur de puissance comporte donc les quatre sorties des guides d'onde 6, 7, 9 et 10 à un redan 8, qui sont disposés symétriquement par rapport au centre de la plaque de sortie 2 de telle façon que les quatre guides d'ondes 6, 7, 9 et 10 soient inscrits dans un carré, formé par les droites corres- pondant à chacun des côtés des guides d'onde qui comporte le - redan 8. On note dans la suite CD le côté de ce carré tangent au côté de la sortie du guide d'onde 10. Ces guides d'ondes 6, 7, 9 et 10 étant issus de la division des guides guides d'ondes 11 et 12 à deux redans 8, les guides d'ondes 6 et 9 sont issus de la division du guide d'onde 12 et les guides d'ondes 7 et iO sont issus de la division du guide d'onde 11. L'élément de transition 3 permet par un changement de géométrie de passer des quatre guides d'ondes 6, 7, 9 et 10 à section rectangulaire et un redan 8, à un unique guide d'onde à section carrée à quatre redans, le côté C'D' de la section carrée étant de longueur égale au segment CD défini précédem- ment. Le changement de géométrie consiste simplement en un élargissement progressif du côté comportant le redan 8 des O10 quatre guides d'ondes 6, 7, 9 et 10i de sorte qu'à la sortie de l'élément de transition 3 les quatre guides d'ondes 6, 7, 9 et ont chacun une section trapézoïdale, lagrande base du trapèze correspondant au côté du guide comportant le redan. De plus, à la sortie de l'élément de transition 3, chacune des quatre sections des guides d'ondes 6, 7, 9 et 10 est tangent par un côté à ses deux plus proches voisines. La longueur de l'élément de transition 3 n'est pas critique; cependant une modification lente de la géométrie des guides d'ondes 6, 7, 9 et est souhaitable pour obtenir le meilleur TOS possible. En pratique, cette longueur pourra être supérieure à 2, o X correspond à la plus grande longueur d'onde de la bande de fréquences pour laquelle le diplexeur de polarisations est conçu. A la sortie de cet élément de transition 3 on dispose donc d'un guide d'onde à section carrée à quatre redans avec un noyau central 15 à section carrée, dont le côté a une longueur égale au grand côté de la section droite de l'un des guides d'ondes 11 ou 12. Le guide d'onde de sortie à section carrée 4 comporte quatre redans 8 dans le prolongement et en contact électriques, avec ceux issus de la sortie 2 du diviseur de puissance, par l'intermédiaire de l'élément de transition 3. Ces quatre redans sont interrompus dans le guide d'onde à section carrée 4. Au centre de ce guide d'onde à section carrée 4 se trouve un adaptateur d'impédance 5 prolongeant le noyau central 15 de l'élément de transition 3. L'adaptateur d'impédance 5 peut être réalisé de plusieurs façons. La figure 1 montre une struc- ture composée d'un empilement de parallélipipèdes rectangles à section carrée décroissante de longueur X o À est la longueur d'onde définie précédemment, reliés entre eux par des éléments permettant un passage progressif d'une section carrée à une autre section carrée de dimension inférieure. Le nombre n de parallélipipèdes rectangles et donc la longueur totale de l'adaptateur d'impédance 5, dépend essentiellement de la largeur de la bande passante désirée. On pourra à ce sujet se O10 reporter à l'article de SEYMOUR et B. COHN dans la revue "IRE Transactions - Microwave Theory and Techniques" d'avril 1955. Il est également possible en choisissant n infini, d'obtenir un profil courbe correspondant à une décroissance selon une courbe cartésienne de la section carré de l'adaptateur d'impédance 5. Dans ce cas la longueur de l'adaptateur d'impédance 5 à variation de section continue reste approximativement du même ordre de grandeur que celle obtenue pour un adaptateur d'impé- dance 5 constitué d'une succession d'éléments parallélipipédiques à section carrée. La longueur du guide d'onde à section carrée 4 est choie de façon à être supérieure à la longueur de l'adap- tateur d'impédance 5. La figure 2a représente l'entrée 1 du diviseur de puissance vue de face. Outre les éléments décrits précédemment il comporte les entrées 13 et 14 respectives des guides d'ondes 12 et 11. La figure 2b montre la section du diviseur de puissance selon une ligne AA; la figure 2c montre la section du diviseur de puissance selon une ligne BB. Tous les éléments indiqués dans ces deux dernières figures ont déjà été décrits précédemment. Le dispositif diplexeur de polarisations, tel que décrit précédemment est avantageusement utilisé pour l'alimentation des antennes associées à des radars ou à des dispositifs de contre-mesure nécessitant une alimentation avec un seul guide d'onde véhiculant deux ondes électromagnétiques selon deux modes de propagations orthogonaux, comme par exemple les antennes du type disque ou du type cornet à large bande dans les équipements de contre-mesures. Une transition supplémen- taire permettant de passer d'une section de guide d'onde carrée, à une section de guide d'onde circulaire est alors nécessaire dans le cas d'une antenne disque. Elle permet d'obtenir une onde unique à polarisation circulaire nécessaire à l'alimen- tation de ce type d'antenne. I1 est également possible selon un autre mode de réali- sation de n'utiliser que-des guides d'ondes à section rectangu- laire sans redan. Le dispositif reste similaire, seul les redans 8 disparaissent des différents éléments constituant le diplexeur de polarisation; ce mode de réalisation présente cependant l'inconvénient d'une bande passante réduite par rapport au mode de réalisation avec redan qui est le mode préfé- rentiel de réalisation. On a ainsi décrit un dispositif diplexeur de polarisations à large bande passante et une antenne associée à un radar ou à un dispositif de contre-mesure comportant un tel dispositif. R E V E N D I CA T I O N S 1. Dispositif diplexeur de polarisation alimenté à l'aide de deux guides d'ondes à sections rectangulaires propageant deux ondes électromagnétiques à la même fréquence polarisées recti- lignement, caractérisé en ce qu'il comporte un diviseur de puissance dont l'entrée possède deux guides d'ondes à section rectangulaire (11, 12) et la sortie quatre guides d'ondes à section rectangulaire (6, 7, 9, 10), un guide d'onde à section carrée (4) comportant un adaptateur d'impédance (15) et un élément de transition (3) permettant de passer des quatre guides d'ondes à section rectangulaire (6, 7, 9, 10) au guide d'onde à section carrée (4), la coopération de ces trois éléments per- mettant une large bande passante et une bonne tenue à des puis- sances importantes. 2. Dispositif diplexeur de polarisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que, d'une part, le diviseur de puissance comporte à son entrée deux guides d'ondes à section rectangu- laire (11, 12) à deux redans (8) et à sa sortie quatre guides d'ondes (6, 7, 9, 10) à section rectangulaire à un redan (8), ces quatre guides d'ondes (6, 7, 9, 10) étant disposés de telle façon que le prolongement du côté de chacun de ces quatre guides d'ondes (6, 7, 9, 10) sur lequel est fixé le redan (8) forme un carré de côté d à l'intérieur duquel se trouvent les quatre guides d'ondes (6, 7, 9, 10), d'autre part l'élément de transi- tion (3) permet de passer des quatre guides d'ondes (6, 7, 9, 10) à sections rectangulaires à un redan (8) à un guide d'onde à section carrée de côté d comportant un noyau central (15) à section carrée. 3. Dispositif diplexeur de polarisation selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément de transition (3) transforme de façon progressive et continue, la section rectangulaire de chacun des quatre guides d'ondes (6, 7, 95 10) en section trape- zoidale par agrandissement du côté comportant le redan (8), de façon qu'à la sortie de cet élément de transition (.) chacune des quatre sections trapézoïdales ainsi obtenues soat en contact par un de ses côtés à ses deux voisines immédiates. 4. Dispositif diplexeur de polarisation selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément de transition (3) a une longueur supérieure ou égale à À, o X est la longueur d'onde correspondant à la fréquence la plus basse de la bande passante pour laquelle le dispositif est conçu. 5. Dispositif diplexeur de polarisation selon la revendication 2, caractérisé en ce que le guide d'onde à section carrée (4) comporte quatre redans (8) situés dans le prolongement de ceux issus du diviseur de puissance par l'intermédiaire de l'élément de transition (3) et en contacts électriques avec ceux-ci. 6. Dispositif diplexeur de polarisation selon la revendication , caractérisé en ce que les quatre redans (8) du guide d'onde à section carrée (4) sont interrompus avant la sortie du guide d'onde à section carrée (4). 7. Dispositif diplexeur de polarisation selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que l'adaptateur d'impédance (5) comporte une série de parallélipipèdes rectangles métalliques à sections carrées décroissantes de longueur 4 reliés entre eux par des éléments permettant un passage progressif et continu d'une section carrée à une autre section carrée plus petite. 8. Dispositif diplexeur de polarisation selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'adaptateur d'impédance (5) a une section carrée qui diminue de façon progressive selon une courbe continue. 9. Antenne associée à un radar, ou à un dispositif de contre- mesures, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif diplexeur de polarisation selon l'une quelconque des revendi- cations i à 8.