Brevet FR2608870A1 — publié le 19880624

DISPOSITIF DE HULTIPLEXbCE DE CANAUX DE TELECOMMUNICATION L'invention se rapporte à un dispositif de multiplexage de canaux de télécommunication, destiné à être couplé à une antenne, particulièrement une antenne de liaison par satellite; l'invention vise plus particulierement un nouvel agencement de couplage des différents canaux, ayant un niveau de perte très réduit et permettant de ce fait d'utiliser des émetteurs de relativement faible puissance. Dans une liaison de télécommunications par satellite, il est habituel de "découper" la bande globale d'émission en un certain nombre de canaux décales en fréquence. Dans toute la suite de la description, on repere ces canaux de 1 à N, dans le sens des fréquences croissantes. Par commodité, on parlera aussi, pour expliciter l'invention, de canaux pairs et de canaux impairs, par référence aux chiffres qui les désignent et bien qu'il n'y ait pas de différence de nature entre des canaux dits pairs et des canaux dits impairs, mais simplement le fait, comme on le verra plus loin, que deux canaux pairs ou impairs sont séparés en fréquence par plus que la largeur de bande attribuée à au moins un canal. Jusqu a présent, on a utilisé des émetteurs de forte puissance (de l'ordre de 3 kw) et on partageait la bande de fréquences disponible en un certain nombre de porteuses, définissant autant de canaux. Plusieurs émetteurs (trois ou quatre) sont raccordés à une même antenne, par le Jeu de commutateurs, de coupleurs à rang variable et de "coupleurs 3 dB" (c'est-à-dire des coupleurs présentant par construction une atténuation de 3 dB). L'antenne est souvent du type dit "à double polarisation" et comporte deux entrées, respectivement "à polarisation droite" et "à polarisation gauche" entre lesquelles sont répartis les émetteurs et les coupleurs. Ces sytèmes sont connus par les fortes atténuations qu'ils provoquent entre les émetteurs et l'antenne.Ces atténuations sont de 1 'ordre de 10 à 15 dB, ce qui nécessite la forte puissance mentionnée cidessus, alors que la puissance réellement rayonnee est relativement faible. Ceci augmente considérablement le prix de l'installation, car les émetteurs de forte puissance sont très coûteux. L'invention propose un nouvel agencement faisant appel à des duplexeurs à faible perte, permettant, compte-tenu d'une atténuation globale relativement faible (4 dB maximum) de faire appel à des émetteurs de relativement faible puissance, toutes choses égales par ailleurs, par exemple de l'ordre de 500 W. Dans cet esprit, l'invention concerne donc un dispositif de multiplexage de canaux de télécommunication destiné à être couple en sortie à une antenne, notamment une antenne de liaison par satellite, caractérisé en ce qu'il comporte un nombre détermine d'entrées correspondant à des canaux prédéterminés de fréquences centrales décalées les unes par rapport aux autres, en ce que des canaux pairs adjacents et des canaux impairs adjacents sont couplés deux à deux par des filtres-duplexeurs à deux entrées, en ce que ces filtres-duplexeurs sont, si nécessaire, couplés par d'autres filtres duplexeurs analogues, pour définir deux faisceaux regroupant des canaux impairs d'une part et des canaux pairs d'autre part et en ce que les sorties des deux derniers filtres-duplexeurs de ces deux faisceaux sont reliees à un coupleur dont la sortie est adaptee pour être connectée à l'antenne. Ainsi, en regroupant deux à deux les canaux de la façon indiquée ci-dessus, on éloigne naturellement les fréquences présentées aux entrées de chaque filtre- duplexeur, ce qui permet d'avoir recours à des filtres relativement simples et peu coûteux. En effet, deux canaux proches en fréquence impliquent des filtres à pente raide pour pouvoir faire en sorte qu'ils n'interfèrent pas entre eux. De tels filtres sont coûteux et de réglage délicat. En revanche, en couplant deux canaux naturellement éloignés en fréquence, des filtres à faible pente suffisent. Ils sont moins coûteux et plus faciles à mettre en oeuvre. Le système décrit est plus particulièrement réalisé par des agencements de guides d'onde. Dans ce cas, chaque filtre atténuateur peut être constitué de deux coupleurs de type "Te rabique" et de deux filtres decalés d'un quart de longueur d'onde. Dans un tel mode de réalisation, les filtres peuvent être réalisés par des cavités couples à des tronçons rectili6nes de guides d'onde, reliant deux deux les branches symétriques des coupleurs de type "Te magique". Le coupleur terminal peut lui-meme être un "coup leur 3 dB" ou un coupleur de type "Te magique" produisant la même atténuation. C'est donc dans ce coupleur terminal que l'atténuation est la plus forte, celle-ci n'avoisinant qu'l dB pour l'ensemble des filtres duplexeurs. L'invention sera mieux comprises et d'autres avantages de celle-ci apparaitront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est un schema de principe d'un dispositif de multiplexage de canaux selon l'invention; - la figure 2 est un schema de principe d'un filtre-duplexeur; - la figure 3 est une réalisation technologique, à partir d'éléments de guides d'onde, d'un filtre-duplexeur conforme à la figure 2; et - la figure 4 est un circuit équivalent, en constantes localisées, de l'un des filtres du schéma de la figure 2. Le dispositif de multiplexage de la figure 1, destiné à etre couplé par sa sortie S à une antenne, non représentée, comporte selon l'exemple, neuf entrées Cl-C9 correspondant à des canaux prédéterminés de fréquences centrales décalées les unes par rapport aux autres. Dans la suite du texte, on parlera par commodité des canaux C1 à C9, les entrées correspondantes étant connectées pour recevoir les signaux UllF provenant de neuf émetteurs, non représentés, émettant respectivement sur ces fréquences.Chaque émetteur est de puissance relativement faible en regard des puissances habituellement mises en jeu dans les installations anterieures connues.Par convention, les canaux C1 à C9 sont "classés" par ordre de fréquences croissantes et, par convention également, on distingue les canaux impairs C1, C3, C5, C7, C9 et les canaux pairs C2, C4, C6 et C8. On définit ainsi des canaux impairs adjacents C1-C3, C3-C5, ou C5-C7 ou C7-C9, ainsi que des canaux pairs adjacents C2-C4, C4-C6 et C6-C8. La caractéristique de deux canaux adjacents est donc, concretement, d'être séparée par une bande de fréquences sùffisante pour "accueillir" au moins un autre canal. Selon l'invention, on definit, à l'aide de filtres-duplexeurs AG à deux entrées et une sortie, deux faisceaux 15, 16, regroupant des canaux impairs d'une part et des canaux pairs d'autre part. Chaque faisceau se termine donc par un seul filtre-duplexeur, respectivement G et C dans l'exemple décrit et les sorties de ces deux derniers filtres-duplexeurs sont reliées à un coupleur 18, comme par exemple un "coupleur 3dB" classique ou un agencement de guides d'ondes connus sous le terme de "Te magique". La sortie S du coupleur 18 est prévue pour être connecté ou couplée à l'antenne. Plus précisément, des canaux pairs adjacents C2-C4 et C6-C8, dans l'exemple décrit, sont couplés deux à deux par des filtres-duplexeurs respectifs, ici les filtres-duplexeurs A et B. De meme, des canaux impairs adjacents C3-C5 et C7-C9 sont couplés deux à deux par des filtres-duplexeurs D et E respectifs. D'autre part. le faisceau 16 est simplement constitué par les filtres- duplexeurs A, B et C. tandis que le faisceau 15 comporte un autre filtre-duplexeur F couplé par ses entrées aux filtres-duplexeurs D et E, tandis que sa sortie est couplée à une entre du filtre-duplexeur G. L'autre entrée du filtre-duplexeur G est directement couplee au canal C1. Cette singularité ne dépend en fait que du nombre de canaux. Il est facile de vérifier que, si ce nombre est égal à quatre ou un multiple de quatre, tous les canaux peuvent être regroupés deux à deux et que les deux faisceaux comportent le même nombre de filtres-duplexeurs. Si le nombre de canaux est différent de quatre ou d'un multiple de quatre, l'un des canaux pairs et/ou impairs est couplé à un filtre-duplexeur (ici G pour C1) dont l'autre entre est reliée à la sortie d'un autre filtre-duplexeur (ici F) "regroupant" au moins deux autres canaux, Dans le cas le plus fréquent où l'antenne est du type "à double polarisation gauche-droite", l'installation d'émission complète pourra comporter deux dispositifs de multiplexage conformes à la figure 1. Les sorties de ces deux dispositifs seront respectivement reliées aux deux "polarisations" de l'antenne.On peut en outre insérer une matrice de commutation, connue en soi, entre les émetteurs et le ou les dispositifs de multiplexage, ce qui permet de coupler n'importe quel émetteur sur n'importe quelle entrée, pourvu que la fréquence soit adaptée à cette entrée. On peut obtenir par ce moyen une redondance sur les canaux, selon les souhaits de l'utilisateur, ce qui donne à l'installation une excellente fiabilité en exploitation, avantage appréciable, par exemple en cas de défaillance d'un émetteur. En se reportant maintenant plus particulièrement aux figures 2 à 4, on voit que chaque filtre-duplexeur comporte deux coupleurs 20a, 20b, ici du type "Te magique" et deux filtres 21a, 21b décalés entre eux d'un quart de longueur d'onde environ. La longueur d'onde en question est celle qui correspond à la fréquence de coupure à -3 dB du filtre. Chaque coupleur comporte par ailleurs une entrée d'accès Ea ou Eb, qui est aussi l'une des entrées dudit filtre-duplexeur et qui reçoit donc l'une des ondes à duplexer comportant un ou plusieurs canaux. Les filtres sont tels que le ou les canaux appliqués à l'entrée d'accès Ea du coupleur 20a se situe dans la bande passante des filtres et que le ou les canaux appliqués à l'entrée d'accès Eb du coupleur 20b si situe dans la bande d'atténuation des mêmes filtres.Chaque coupleur 20a, 20b comporte en outre deux branches symétriques Bla, B2a ou Blb, B2b et une sortie Sa ou Sb. Le filtre 21a est connecté entre les branches Bla et Blb des coupleurs 20a, 2ob, tandis que le filtre 21b est connecte entre les branches B2a et B2b de ces mêmes coupleurs. La sortie Sa du coupleur 20a est reliée à une charge R, tandis que la sortie Sb du coup leur 20b constitue aussi la sortie du filtre-duplexeur. La figure 3 illustre une réalisation technologique du filtre-duplexeur de la figure 2, à partir d'éléments de guides d'ondes, tubulaires à section rectangulaire. Les branches paralleles Bla, B2a du coupleur "Te magique" 20a sont reliées aux branches paralleles Blb, B2b, respectivement, du coupleur 20b par des guides d'ondes G1, G2 rectilignes, et les filtres 21a et 21b sont constitués par des cavités résonantes de longueurs adaptées (yl, y2, Y3 ou y'l, y'2, y'3) fixées le long de ces guides d'ondes, perpendiculairement à leur direction longitudinale. Chaque cavité est couplée au guide d'onde par un orifice latéral de celui-ci. Les emplacements et les dimensions des cavités sont déterminées suivant les règles de l'art. Ce calcul est à la portée de l'homme du métier.Chaque filtre est ainsi conforme au circuit équivalent de la figure 4. Chaque cavité résonante s'etendant de part et d'autre du guide d'onde est assimilable au branchement en parallèle d'une capacite et d'une liaison en série d'une self et d'une capacité. Les filtres-duplexeurs sont reliés entre eux par des tronçons de guide d'onde, aussi courts que possible. Le fonctionnement de chaque filtre-duplexeur est le suivant. Pour les fréquences situées dans la bande passante des filtres 21a, 21b, une onde injectée à l'entrée d'accès Ea est divisée par le coupleur "Te magique" 20a en deux composantes d'amplitude moitié et de phases opposees qui se propagent respectivement dans les branches symétriques Bla, B2a. Après passage dans les filtres 21a, 21b, identiques, les deux composantes se retrouvent aux entrées des branches symétriques du coup leur "Te magique" 20b. Elles sont recombinées et apparaissent à la sortie Sb. Pour les fréquences situées dans la bande d'atténuation des filtres, les deux composantes sont réfléchies par les filtres et. du fait du décalage d'un quart de longueur d'onde de ces derniers, elles se retrouvent en phase aux entrées des branches symétriques du coupleur "Te magique" 20a. Elles se recombinent donc à la sortie Sa et vont se dissiper dans la charge R. Pour les fréquences situées dans la bande d'atténuation des filtres 21a, 21b, l'onde injectée à l'entrée d'acces Eb est divisée par le coupleur "Te magique" 20b en deux composantes d'amplitude moitié et de phase identique. Ces deux composantes sont réfléchies par les filtres et, du fait du décalage d'un quart de longueur d'onde de ceux-ci, elles se retrouvent en opposition de phase aux entrées des branches symétriques du coup leur "Te magique" 20b. Elles sont donc recombinées et apparaissent à la sortie Sb.En revanche, pour les fréquences situées dans la bande passante des filtres, les composantes divisées par le coupleur "Te magique0, 20b se retrouve en phase aux entrées des branches symétriques du coupleur "Te magique" 20a pour se dissiper dans la charge R. Les avantages du dispositif de multiplexage qui vient d'être décrit sont nombreux. Chaque filtre n'a à supporter que la moitié de la puissance injectée, d'où un échauffement moindre. Les pertes sont essentiellement dues au coupleur de sortie (3 dB), elles correspondent globalement à une atténuation de 4 dB, ce qui est très inférieur aux systèmes connus. Les filtres sont de réglage facile, ils ne comportent que trois cavités. De plus l'équipement ne comporte que des éléments passifs et fixes. Ils présentent donc une très grande fiabilité après leur implantation et leur réglage. Enfin le ROS aux accès ne dépend que de la qualité des coupleurs "Te magique" et de l'identité des filtres. Il est donc acceptable également en dehors de la bande passante de chaque accès. Ceci rend sans conséquence une erreur de manipulation consistant à brancher par inadvertance un émetteur dont la fréquence ne se situe pas dans la bande passante de l'accès. L'invention est applicable quelle que soit la bande considérée, et notamment les bandes 6 GHz, 14 GHz, 18 GHz. REVENDICATIONS 1. Dispositif de multiplexage de canaux de télécommunications destiné à être couplé à une antenne, notamment une antenne de liaison par satellite, caractérise en ce qu'il comporte un nombre déterminé d'entrées (Cl-C9) correspondant à des canaux prédéterminés de fréquences centrales décalées les unes par rapport aux autres, en ce que des canaux pairs adjacents et des canaux impairs adjacents sont couplés deux deux par des filtres-duplexeurs (A-B-D-E) à deux entrées, en ce que ces filtres duplexeurs sont, Si necessaire, couplés par d'autres filtres duplexeurs (C, F) analogues. pour définir deux faisceaux (15, 16) regroupant des canaux impairs d'une part et des canaux pairs d'autre part et en ce que les sorties des deux derniers filtres-duplexeurs (C, G) de ces deux faisceaux sont reliés à un coupleur (18) dont la sortie est adaptée pour être connectée à ladite antenne. 2. Dispositif de multiplexage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre de canaux (Cl-C9) étant différent de quatre ou d'un multiple de quatre, l'un des canaux pairs et/ou impairs (C1) est couplé à un filtre-duplexeur (G) dont l'autre entrée est reliée à la sortie d'un filtre-duplexeur (F)re6roupant au moins deux autres canaux. 3. Dispositif de multiplexage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque entre de canal est reliee à un emetteur de relativement faible puissance émettant sur la fréquence du canal considéré. 4. Dispositif de multiplexage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque filtre duplexeur comporte deux coupleurs (20a, 20b) et deux filtres (21a, 21b) décalés entre eux d'un quart de longueur d'onde, chaque coupleur comprenant une entre d'accès (Ea, Eb), deux branches symétriques (Bl2a, B2a - Blb, B2b) et une sortie (Sa, Sb) en ce que l'entrée d'accès de chaque coupleur est connectée pour recevoir l'une des ondes à duplexer, le ou les canaux correspondants se situant respectivement dans la bande passante et dans la bande d'atténuation desdits filtres, en ce que chaque filtre est connecté entre deux branches symétriques respectives des deux coup leurs et en ce que la sortie (Sb) de l'un des coupleurs constitue la sortie du filtre duplexeur lui-même, tandis que la sortie de l'autre coupleur est reliée à une charge (R). 5. Dispositif de multiplexage selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits coup leurs sont du type "Te magique", connu en soi. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les branches symétriques respectives desdits coupleurs sont reliées par des guides d'ondes (G1, G2) et que les filtres précités sont constitués par des cavités (yl. y2, y3 - y'l, y'2, y'3) fixées le long de ces guides d'ondes perpendiculairement à ceux-ci, chaque cavité étant couplee par l'orifice audit guide d'onde. 7. Installation d'émission à canaux multiplexés, du type comportant une antenne à double polarisation gauche-droite, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de multiplexage selon l'une des revendications précédentes, pour chaque polarisation de ladite antenne et des émetteurs reliés aux entrées de ces deux dispositifs de multiplexage.