Brevet FR2587546A1 — publié le 19870320

L'invention se rapporte à un dispositif guide d'ondes compact fonctionnant comme un té de jonction magique. Les tés magiques sont utilisés souvent dans les circuits hyperfréquences, notamment dans les circuits d'alimentation des antennes de satellites ou de radars lorsqu'on veut faire fonctionner ces antennes en mode de poursuite (tracking). Plusieurs types de té magique sont connus dans l'art antérieur et tous ont au moins une sortie perpendiculaire à l'axe principal du dispositif. La figure 1 représente un exemple de té magique typique selon l'art antérieur. Les portes d'accès sont notées 1, 2, 3 et 4. En excitant la porte 1 la puissance de l'onde est divisée entre les portes 3 et 4 qui délivrent des signaux en phase tandis que la porte 2 est isolée. En excitant la porte 2, c'est la porte 1 qui est isolée tandis que la puissance de l'onde est divisée entre les portes 3 et 4, mais les signaux de sortie sont cette fois en opposition de phase. Le fonctionnement se traduit par la matrice Sij: j o S2 1 ij V-2.1 i 0 1 1 0 -i 1 -1 0 0 1 0 0 Les tés magiques nécessaires à la réalisation d'un circuit d'écartométrie ou de poursuite et surtout les guides nécessaires aux interconnexions entre les tés magiques sont très encombrants parce que les différents guides de sortie d'un té magique ne sont pas disposes avec leurs axes parallèles. L'invention a pour objet un dispositif compact fonctionnant comme un té magique et présentant ses quatre guides d'ondes d'entrée et de sortie parallèles à 1' axe longitudinal du dispositif. Ce dispositif selon l'invention se caractérise en ce qu'il consiste en un guide parallélipipédique dont le volume intérieur est partagé en deux premiers guides d'ondes rectangulaires par au moins une cloison métallique s'étendant entre une première extrémité du guide et un premier plan de section droite, et en deux seconds guides d'ondes rectangulaires par un septum s'étendant entre la seconde extrémité du guide et un second plan de section droite, le volume compris entre les deux plans de section droite précités formant un cinquième guide d'ondes capable de supporter une onde électromagnétique à deux modes de polarisation orthogonaux, les quatre guides d'ondes rectangulaires ayant leurs axes parallèles et étant disposés dans l'alignement du cinquième guide d'ondes, lesdits guides d'ondes rectangulaires étant dimensionnés pour être capables de supporter l'un, la propagation d'une onde à polarisation linéaire horizontale et l'autre, la propagation d'une onde à polarisation linéaire verticale, le cinquième guide d'ondes comprenant un dispositif de coupure de mode positionné dans l'axe de l'un des premiers guides d'ondes rectangulaire s de manière à supprimer un mode de polarisation linéaire indésirable dans le guide d'ondes précité. Les cloisons métalliques internes peuvent être disposées pour former les parois intérieures d'un ou deux guides à polarisation linéaire de section variable. Grâce à sa configuration rectiligne compacte, le dispositif selon l'invention apporte une simplification remarquable dans les circuits de guides d'ondes complexes tels que les systèmes de poursuite ou circuits d'écartométrie pour antennes de satellites ou de radars par exemple. L'invention est exposée dans ce qui suit avec référence aux dessins ciannexés dans lesquels: la figure 1 représente un té magique typique selon l'art antérieur, la figure 2 est une vue en perspective d'un dispositif guide d'ondes.selon l'invention, la figure 3 est une vue éclatée du dispositif selon la figure 2, les figures 4 et 5 montrent la transformation d'un signal dans le dispositif de la figure 2, les figures 6 et 7 montrent la combinaison de signaux dans le dispositif de la figure 2, la fiuure 8 est une vue éclatée d'un exemple de réa]isation incorporant deux dispositifs selon l'invention en combinaison avec des dispositifs classiques, la figure 9 est un schéma représentatif du dispositif de la figure 8. Comme le montre la figure 2, le dispositif selon l'invention se présente sous la forme d'un guide de forme parallélipipédique 10. Le volume intérieur du guide 10 est aménagé pour former deux premiers guides rectangulaires 1 et 2 à une extrémité du guide 10 et deux seconds guides rectangulaires 3 et 4 à l'autre extrémité du guide 10. Les premiers guides rectangulaires 1 et 2 s'étendent entre une extrémité du guide 10 et un plan de section de droite repéré en 16 dans la vue éclatée de la figure 3 et ils sont délimités par des cloisons métalliques internes 11 et 12. Les seconds guides rectangulaires 3 et 4 s'étendent entre l'autre extrémité du guide 10 et un plan de section droite repéré en 17 dans la vue éclatée de la figure 3 et ils sont séparés par un septum horizontal 13. Entre les plans de section droite 16 et 17 est compris un guide principal 5 ayant la même section que le guide parallélipipédique 10. Les dimensions de la section du guide principal 5, et par conséquent celles de la section transversale du dispositif, sont telles que le guide principal 5 soit capable de supporter la propagation d'une onde électromagnétique à deux modes de polarisation orthogonaux H et V, avec champ électrique horizontal et vertical respectivement, par exemple les modes TEO1 et TE10. Le guide principal 5 est représenté avec une section carrée pour la clarté du dessin. Les dimensions de la section carrée sont habituellement de l'ordre de 1 ? x 1X (X représente la longueur d'onde utilisée pour la propagation. Les sections des guides rectangulaires 1 et 2 sont choisies de façon & permettre la propagation d'un mode de polarisation à champ électrique vertical dans le guide 1 et d'un mode de polarisation à champ électrique horizontal dans le guide 2. Le guide 2 a par exemple une section de 1 A x O,4?A et le guide 1, une section de 1 A x 0,6. La dimension horizontale (0,4 A) du guide 2 empêche la propagation du mode de polarisation à champ électrique vertical. Une lame verticale 15 disposée dans le guide principal 5 sert à l'adaptation d'impédance entre le guide 2 et le guide 5. Plusieurs lames d'adaptation peuvent être prévues. Une lame horizontale 14 disposée dans le guide principal 5 sert a supprimer le mode de polarisation indésirable dans le guide 1. La lame 14 a par exemple un bord présentant un profil en escalier comme montré sur les dessins mais un autre profil peut être adopté pour ce bord, par exemple un profil en courbe cosinus carré. Dans le mode d'exécution illustré, les guides rectangulaires 1 et 2 ont une section variable mais la ou les cloisons internes peuvent également être disposées pour délimiter des guides rectangulaires de section constante. Le fonctionnement du dispositif va être décrit maintenant en se reportant successivement aux figures 4 à 7 ci-annexées. Lorsque l'on excite la porte 1 (onde a polarisation verticale TE10), le guide principal 5 guide une onde à champ électrique vertical qui se trouve séparée par le septum 13 en deux ondes à polarisation verticale qui ont même amplitude et même phase (figure 4). On obtient alors aux portes 3 et 4 des signaux d'amplitude égale et en phase. Aucun signal ne se trouve propagé vers la porte 2 puisque le guide rectangulaire 2 ne peut guider une onde & polarisation verticale. Lorsque l'on excite la porte 2 (onde à polarisation horizontale TE01), le guide principal 5 guide une onde à champ électrique horizontal qui se trouve séparée par le septum 13 en deux ondes ayant même amplitude et des phases opposées (figure 5). Aux portes 3 et 4 on obtient alors des signaux de même amplitude mais en opposition de phase. La fonction du septum dans la propagation des ondes électromagnétiques est analysée par Ming Hui Chen et G.N. Tsandoulas dans un article intitulé 'A Wideband Square- Waveguide Array Polarizer", publié dans IEEE Transactions on Antennas and Propagation, mai 1973, pages 389-391. Lorsque l'on excite les portes 3 et 4 par des ondes & polarisation verticale en phase (figure 6), le guide principal 5 est le siège d'une onde d'amplitude double qui est la somme des signaux d'entrée et cette onde se trouve propagée dans le guide 1 qui est seul capable de supporter une onde à polarisation verticale (le guide 2 ne peut supporter une onde à polarisation verticale en raison de sa dimension horizontale inférieure à une demi-longueur d'onde). On obtient alors à la porte 1 un signal égal à la somme des signaux d'entrée. Lorsque l'on excite les portes 3 et 4 par des ondes à polarisation horizontale (figure 7), le guide principal 5 est le siège d'une onde qui est égale à la différence entre les signaux d'entrée et cette onde se trouve propagée dans le guide 2 (l'onde à polarisation horizontale est couple à l'entrée du guide 1 par la lame de coupure 14). On obtient alors à la porte 2 un signal égal à la différence entre les signaux d'entrée. Le dispositif selon l'invention fonctionne donc comme un té magique avec l'avantage caractéristique d'avoir tous ses guides d'entrée et de sortie parallèles dans une structure rectiligne compacte. Le septum doit évidemment être optimisé pour assurer une excellente isolation entre les portes 1 et 2. Une isolation d'au moins 26 dB sur vingt pour cent de la bande de fréquences peut être obtenue avec un septum à bord en escalier convenablement adapté. Des recherches sont en cours dans les laboratoires de la demanderesse pour améliorer ces performances. Le dispositif selon l'invention trouve une application spectaculaire dans des configurations de guides d'ondes complexes telles que les systèmes de poursuite ou circuits d'écartométrie pour antennes de satellites ou de radars. Un exemple d'exécution de circuit d'écartométrie est représenté schématiquement à la figure 8 dans le cas d'un monopulseur. Ce circuit se compose de deux dispositifs selon l'invention 51, 52 et de deux tés magiques classiques 53, 54. Les portes d'entrée du circuit sont désignées par les chiffres 1, 2, 3, 4 et les portes de sortie sont désignées par les chiffres 5, 6, 7, 8. La porte 61 du guide 51 est connectée à la porte 65 du té 53 et la porte 63 est connectée à la porte 67 du té 54. La porte 62 du guide 52 est connectée à la porte 66 du té 53 et la porte 64 est connectée à la porte 68 du té 54. La figure 9 donne le schéma représentatif du circuit de la figure 8. Désignant par A, B, C et D les ondes appliquées aux portes d'entrée 1, 2, 3 et 4 respectivement, les signaux produits par les dispositifs 51 et 52 selon l'invention sont Porte 61 A + B Porte 62 C + D Porte 63 A - B Porte 64 C - D Aux portes de sortie du circuit on obtient les signaux suivants: Porte 5 A + B + C + D Porte 6 (A + B) - (C + D) Porte 7 (A + C) - (B + D) Porte 8 connectée à la charge. Comparée aux circuits d'écartométrie équivalents réalisés avec des tés magiques classiques, la réalisation selon l'invention se distingue par une compacité très appréciable. REVENDICATIONS 1. Dispositif guide d'ondes servant de té magique, caractérisé en ce qu'il consiste en un guide parallêlipipé- dique (10), le volume intérieur dudit guide étant partagé en deux premiers guides d'ondes rectangulaires (1, 2) par au moins une cloison métallique (11) s'étendant entre une première extrémité du guide et un premier plan de section droite (16), et en deux seconds guides d'ondes rectangu- laires (3, 4) par un septum (13) s'étendant entre la seconde extrémité du guide et un second plan de section droite (17), le volume compris entre les deux plans de section droite précités formant un cinquième guide d'ondes (5) capable de supporter une onde électromagnétique a deux modes de polari- sation orthogonaux, les quatre guides d'ondes rectangulaires (1, 2, 3, 4) ayant leurs axes parallèles et étant disposés dans l'alignement du cinquième guide d'ondes (5), lesdits premiers guides d'ondes rectangulaires étant dimensionnês pour être capables de supporter, l'un (1) la propagation d'une onde à polarisation linéaire verticale et l'autre (2), la propagation d'une onde a polarisation linéaire hori- zontale le cinquième guide d'ondes (5) comprenant un dispo- sitif de coupure de mode (14) positionné dans l'axe de l'un des premiers guides d'ondes rectangulaires de manière à supprimer un mode de polarisation linéaire indésirable dans le guide d'ondes précité. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de coupure (14) est une lame métallique ayant un bord présentant un profil en escalier. 3. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de coupure (14) est une lame métallique ayant un bord présentant un profil en forme de courbe cosinus carré. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif (15) pour adapter l'impédance entre le cinquième guide d'ondes (5) et l'un des premiers guides d'ondes (1, 2). 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une cloison métallique interne au moins (par exemple 11, 12) est disposée de manière à former & l'intérieur dudit guide parallélipipédique (10), les parois intérieures d'un guide à polarisation linéaire de section variable.