Brevet FR2607632A1 — publié le 19880603

*1 L'invention concerne un absorbeur de guide d'ondes, comprenant un segment de guide d'ondes qui est fermé & l'une de ses extrémités et qui comporte une bride de raccordement à son autre extrémité, ainsi qu'une matière absorbante dans laquelle pénètre l'onde qui se propage dans le segment de guide d'ondes. L'invention concerne par ailleurs un atténuateur de guide d'ondes qui, comme on le sait, ne se différencie d'un absorbeur de guide d'ondes que par le fait que le segment de guide d'ondes comporte une bride de raccordement, non seulement à l'une de ses extrémités, mais à ses deux extrémités et que l'onde est absorbée, non pas totalement, mais seulement pour une part qui correspond à l'amortissement de transmission, généralement prédéfini. Dans la suite de la description, i' il va être fait référence & un absorbeur de guide d'ondes, mais l'invention s'applique également à un atténuateur de guide d'ondes. Des absorbeurs de guide d'ondes du type précité font partie de l'état de la technique. Pour de faibles puissances, on utilise généralement une matière absorbante solide qui est disposée à l'extrémité fermée du segment de guide d'ondes et qui peut se présenter par exemple sous forme de feuille mince ou de bloc en forme de coin. Entrent en ligne de compte, comme matières absorbantes, des couches de charbon dur, qui sont éventuellement fixées sur un support approprié, des ferrites ou des diélectriques imparfaits. En revanche, pour des absorbeurs de puissance, on utilise fréquemment une matière absorbante liquide, le plus souvent l'eau. Parmi les formes de construction connues, on citera un tube de matière isolante s'étendant à travers le segment de guide d'ondes obliquement par rapport à l'axe du guide d'ondes, une chambre à travers laquelle passe de l'eau et qui est séparée par une plaque de matière isolante disposée dans le segment de guide d'ondes, également en position oblique par rapport à l'axe du guide d'ondes, et enfin une chambre à travers laquelle passe de l'eau et qui est séparée par un transformateur quart d'onde en matière isolante. Les absorbeurs de guide d'ondes à matière absorbante solide ont pour inconvénient qu'ils ne sont utilisables que pour de faibles puissances, car la puissance dissipée ne peut être que très mal évacuée vers l'extérieur. Les absorbeurs de guide d'ondes comportant une matière absorbante liquide ont pour inconvénient qu'une bonne adaptation, c'est-àdire une faible réflexion, ne peut être obtenue que sur une petite largeur de bande. L'invention a pour but de réaliser un absorbeur de guide d'ondes du type précité qui convienne sur une large bande pour l'absorption de puissances élevées, en particulier à de très hautes fréquences (de plus de 10 GHz). Ce but est atteint d'après l'invention, dans un absorbeur de guide d'ondes du type précité, par le fait que la matière absorbante est disposée à l'extérieur du segment de guide d'ondes, en position contiguë à la paroi ou à une partie de paroi de celui-ci et en ce que la paroi ou la partie de paroi est munie d'ouvertures qui couplent l'intérieur du segment de guide d'ondes et la matière absorbante. Cette solution offre l'avantage que par un dimensionnement approprié des ouvertures de couplage et de leurs distances mutuelles, il est possible d'éviter une trop forte concentration de puissance, comme il s'en produit dans les absorbeurs de guide d'ondes connus, en particulier aux hautes fréquences, en raison de ce que les sections de guide d'ondes sont réduites en conséquence dans ce cas, indépendamment du fait qu'on utilise une matière absorbante solide ou liquide. En d'autres termes, la puissance à annuler peut être extraite du segment de guide d'ondes de façon linéaire sur une longueur axiale qui peut être choisie préalablement, ce qui fait que la matière absorbante s'échauffe uniformément sur toute sa longueur. En outre, la disposition de la matière absorbante à l'extérieur du segment de guide d'ondes permet de refroidir efficacement celui-ci de manière simple. Les ouvertures peuvent être réalisées sous forme de fentes longitudinales, transversales ou obliques. Le dimensionnement et l'orientation des fentes se Juge alors en tenant compte des principes fondamentaux énoncés ci- dessus, selon le type d'ondes qui se propage dans le guide d'ondes, la forme de la section du guide d'ondes, ainsi que la largeur de bande recherchée. Alors qu'il suffit en principe de ne prévoir la matière absorbante que là o le segment de guide d'ondes est muni d'ouvertures de couplage, il peut être Judicieux, en particulier pour des absorbeurs de puissance, d'entourer complètement de matière absorbante le segment de guide d'ondes dans la direction circonférentielle, car il en résulte une distributiuon plus uniforme de la température et de meilleures possibilités de refroidissement. Dans une forme de réalisation préférée pour un absorbeur de puissance, la matière absorbante est l'eau. Le segment de guide d'ondes est alors séparé de la chambre remplie d'eau qui lui est contiguë ou qui l'entoure par une couche de matière isolante qui obture de façon étanche au moins les ouvertures de couplage. La couche de matière isolante est faite de préférence d'un diélectrique, comme par exemple une matière thermoplastique, un polytétrafluoréthylène ou un quartz. Au lieu d'obturer simplement les ouvertures de couplage par la couche de matière isolante, le segment de guide d'ondes peut être réalisé avec une double paroi, de telle manière que la couche de matière isolante recouvre la paroi extérieure ou les parois extérieures du segment de guide d'ondes. Des puissances particulièrement élevées peuvent être absorbées lorsque l'eau est mise en circulation dans un circuit de refroidissement. Convient avant tout, comme matière absorbante solide, le carbure de silicium. En cas d'utilisation d'une matière solide comme matière absorbante, toutes les dispositions connues pour le refroidissement forcé peuvent être appliquées. Un refroidissement particulièrement efficace est obtenu lorsque la matière absorbante comporte des passages de refroidissement pour le passage d'un fluide de refroidissement. L'absorbeur de guide d'ondes selon l'invention est représenté sous forme simplifiée et schématique sur les dessins, dans des formes de réalisation choisies à titre d'exemple. La fig. 1 représente une première forme de réalisation avec une matière absorbante solide. La fig. 2 représente une deuxième forme de réalisation avec une matière absorbante liquide. Les fig. 3 à 5 représentent différentes formes de réalisation du segment de guide d'ondes, destinées à illustrer quelques possibilités de disposition des ouvertures de couplage. La fig. 6 représente une forme de réalisation correspondant à celle de la fig. 1, mais prévue pour servir d'atténuateur. L'absorbeur de puissance représenté en coupe sur la fig. 1 se compose d'un segment de guide d'ondes 1 comportant une bride de raccordement la, ainsi que de deux blocs 2a et 2b en une matière absorbante solide, comme par exemple le carbure de silicium, disposés des deux c6tés de deux parois opposées du segment de guide d'ondes. Les blocs 2a et 2b sont en communication avec l'intérieur du segment de guide d'ondes 1 par des ouvertures de couplage 3 qui sont dimensionnées et réparties de telle manière que la même puissance en grandeur soit injectée par chaque ouverture dans les blocs 2a, 2b et y soit convertie en chaleur. Pour éliminer efficacement cette chaleur, un tube de refroidissement 4, à travers lequel passe de l'eau, est encastré dans les blocs 2a, 2b. Lorsque les puissances à absorber sont faibles, on peut se passer de ce refroidissement par l'eau. La fig. 2 représente une forme de réalisation dans laquelle de l'eau est utilisée à la fois comme matière absorbante et comme fluide de refroidissement. Le segment de guide d'ondes 21, comportant une bride de raccordement 21a, est muni d'ouvertures de couplage 23 et logé de façon étanche, sur la majeure partie de sa longueur, dans un récipient 25 qui comporte une tubulure d'arrivée d'eau a et une tubulure de départ d'eau 25b. L'intérieur du segment de guide d'ondes 21 est séparé de l'intérieur 25c du récipient 25 rempli d'eau par une couche 26 d'un diélectrique approprié qui entoure le segment de guide d'ondes 21 ou qui recouvre au moins la région des ouvertures de couplage 23. Le récipient 25 peut entourer le segment de guide d'ondes 21, soit partiellement, c'est-à-dire seulement dans la région des ouvertures de couplage 23, soit complètement, l'effet de refroidissement étant amélioré dans ce dernier cas. Les ouvertures de couplage 23 peuvent avoir la forme de forures ou de fentes. Comme dans le cas de la fig. 1, leur forme, leur taille et leur position sont choisies de telle manière que par chaque ouverture, la même puissance (partielle) en grandeur soit extraite de l'intérieur du segment de guide d'ondes 21 ou, plus précisément, de l'onde électromagnétique qui se propage dans ce segment, mais que, dans ces conditions, l'adaptation sur toute la largeur de bande utile de la section de guide d'onde considérée reste aussi bonne que possible, c'est-à-dire que l'impédance caractéristique reste pratiquement constante. Les dimensions et la forme du récipient 25 peuvent être choisies à volonté. On doit simplement s'assurer qu'une quantité d'eau correspondant à la puissance à éliminer traversera l'intérieur 25c du récipient. Il va de soi que l'eau peut circuler en circuit ouvert ou fermé. Dans ce dernier cas, un dispositif de refroidissement (non représenté) pour l'eau peut être prévu. Dans le cas d'un guide d'ondes circulaire, la forme, les dimensions et la position des ouvertures de couplage se jugent d'après la polarisation de l'onde Hi,, c'est-à- dire de l'onde fondamentale. Les ouvertures de couplage sont donc réalisées sous forme de fentes. La fig. 3 représente un premier exemple de réalisation d'un segment de guide d'ondes 31 approprié, avec des fentes de couplage 33 qui, pour la direction de polarisation de l'onde Hi, indiquée par les flèches 30, sont orientées de telle manière que les courants transversaux soient utilisés pour la captation de puissance. De façon correspondante à la densité de puissance de l'onde à haute fréquence, qui décroît dans la direction de propagation, le facteur de couplage est augmenté dans la direction de propagation par l'inclinaison des fentes de couplage 33 qui diminue dans la même direction, ce qui fait que par chaque fente de couplage, la même quantité de puissance passe dans le milieu absorbant, non représenté sur cette figure. La fig. 4 représente le même segment de guide d'ondes 41, mais dans lequel les courants longitudinaux sont utilisés pour la captation de puissance; pour cette raison, les fentes de couplage 43 sont disposées dans le plan de polarisation indiqué par les flèches 40 et forment, dans la direction de propagation de l'onde, un angle croissant avec cette direction ou avec l'axe longitudinal du segment de guide d'ondes 41. La fig. 5 représente un exemple de réalisation d'un segment de guide d'ondes 51 de profil rectangulaire. Les fentes 53 se trouvent sur le petit côté. Etant donné que dans le cas de l'onde H1o (onde fondamentale), il ne circule sur le petit côté que des courants perpendiculaires à l'axe du guide d'ondes, l'inclinaison des fentes de couplage 53 par rapport & l'axe-du guide d'ondes augmente dans la direction de propagation. Par conséquent, la première fente de couplage dans la direction de propagation est celle qui produit le couplage le plus faible et la dernière fente de couplage est celle qui produit le couplage le plus fort, ce qui fait qu'avec une répartition appropriée des fentes de couplage, la même puissance partielle est captée au moyen de chaque fente, sans influence défavorable sur l'adaptation. A titre de variante ou en plus, les fentes de couplage peuvent être également formées sur le grand côté du segment de guide d'ondes 51. En tout cas, un affaiblissement total d'environ 20 dB peut être atteint, et cela sur toute l'étendue de la gamme de fréquences pour laquelle le type de guide d'ondes en question peut être utilisé, c'est-à-dire par exemple de 26 à 40 GHz pour le guide d'ondes R 320, la réflexion mesurée dans cette gamm de fréquences étant toujours restée au- dessous de 2 % dans un exemple de réalisation. La fig. 6 représente un atténuateur de guide d'ondes qui ne se différencie de l'absorbeur représenté sur la fig. 1 que par le fait que le segment de guide d'ondes 1 n'est pas fermé & son extrémité opposée à la bride de raccordement la, mais porte une autre bride de raccordement lb, et que les ouvertures de couplage 3 sont dimensionnées de telle manière qu'il ne soit capté qu'une partie fixée à l'avance de l'onde HF qui parcourt le segment de guide d'ondes 1 de gauche à droite, pour être convertie en chaleur dans la matière absorbante solide 2a, 2b. L'absorbeur de la fig. 2 peut être modifié de la même manière pour être transformé en un atténuateur. De même, les exemples de réalisation du segment de guide d'ondes et des ouvertures de couplage d'un absorbeur, représentés sur les fig. 3 à 5, peuvent être adaptés de façon correspondante & un atténuateur. REVENDICATI ONS 1.- Absorbeur ou atténuateur de guide d'ondes, comprenant un segment de guide d'ondes et une matière absorbante dans laquelle pénètre l'onde qui se propage dans le segment de guide d'ondes, caractérisé en ce que la matière absorbante (2a, 2b) est disposée à l'extérieur du segment de guide d'ondes (1,21), en position contiguë à la paroi ou à une partie de paroi de celui-ci, et en ce que la paroi ou la partie de paroi est munie d'ouvertures (3) qui couplent l'intérieur du segment de guide d'ondes (1) et la matière absorbante (2a, 2b). 2.- Absorbeur ou atténuateur de guide d'ondes selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ouvertures sont réalisées sous forme de fentes longitudinales, transversales ou obliques. S.- Absorbeur ou atténuateur de guide d'ondes selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la matière absorbante (2a, 2b) entoure complètement le segment de guide d'ondes (1) en direction circonférentielle. 4.- Absorbeur ou atténuateur de guide d'ondes selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la matière absorbante est l'eau, et en ce que le segment de guide d'ondes (21) est séparé de la chambre remplie d'eau (25c) qui lui est contiguë par une couche de matière isolante (26) qui ferme de façon étanche les ouvertures de couplage (23). 5.- Absorbeur ou atténuateur de guide d'ondes selon la revendication 4, caractérisé en ce que la matière isolante (26) est un diélectrique, par exemple une matière thermoplastique, un polytétrafluoréthylène ou un quartz. 6.- Absorbeur ou atténuateur de guide d'ondes selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la couche de matière isolante (26) recouvre la paroi extérieure ou les parties de paroi extérieure du segment de guide d'ondes, y compris les ouvertures de couplage. 7.- Absorbeur ou atténuateur de guide d'ondes selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'eau est mise en circulation dans un circuit de refroidissement. 8.- Absorbeur ou atténuateur de guide d'ondes selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la matière absorbante est une matière solide (2a, 2b), par exemple du carbure de silicium. 9.- Absorbeur ou atténuateur de guide d'ondes selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 ou 8, caractérisé en ce que la matière absorbante (2a, 2b) comporte des passages de refroidissement (4) à travers lesquels circule un fluide de refroidissement.