Brevet FR2659172A1 — publié le 19910906

ELEMENT RAYONNANT EN GUIDE D'ONDES A COUPLAGE ELECTROMAGNETIQUE La présente invention concerne un élément rayonnant en guide d'ondes à couplage électromagnétique. Cet élément peut également être utilisé comme dispositif pour réaliser la jonction entre un câble coaxial et un guide d'ondes, notamment pour assurer l'alimentation d'une antenne hertzienne. Un dispositif de jonction classique est constitué par une sonde connectée à l'âme d'un câble coaxial et pénétrant dans le guide d'ondes latéralement à une distance égale à un quart de la longueur d'onde de la paroi de fond du guide d'ondes. Un inconvénient de ce dispositif de jonction est qu'il ne peut être utilisé dans un environnement à haute température, car les câbles coaxiaux disponibles sur le marché ne peuvent supporter qu'une température limitée. C'est par exemple le cas des antennes de la navette spatiale Hermès qui, dans certains cas, assurent localement la protection thermique de l'engin.Or, lorsque cet engin spatial quitte son orbite et rentre dans l'atmosphère, son enveloppe est portée à des températures très élevées, et les câbles coaxiaux qui sont raccordés aux antennes peuvent être portés à des hautes températures et il serait souhaitable que les câbles soient situés derrière l'antenne. Un autre inconvénient des sondes latérales est qu'elles sont inutilisables pour l'alimentation de guides d'ondes très rapprochés les uns des autres comme c'est le cas dans un réseau de guides d'ondes. Dans ce cas il est possible d'alimenter le guide d'ondes au moyen d'une antenne en boucle pénétrant longitudinalement dans le guide d'ondes par la paroi de fond. Toutefois, cette disposition présente des propriétés de transmission électrique considérablement moins bonnes que la sonde radiale. La présente invention a pour but de proposer un nouvel élément rayonnant capable de servir pour alimenter un guide d'ondes devant travailler dans des configurations en réseau ou à haute température. Conformément à un premier aspect de l'invention, un élément rayonnant en guide d'ondes est remarquable en ce qu'il consiste en une sonde ayant une forme en L, laquelle sonde a une branche longitudinale parallèle à l'axe longitudinal du guide et une branche transversale qui s'étend dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal du guide, la branche longitudinale s'étendant depuis la paroi de fond du guide sur une longueur prédéterminée à une distance prédéterminée de la paroi latérale du guide, la branche longitudinale de la sonde étant connectée au conducteur central d'un câble coaxial, et la branche transversale de l'antenne ayant une longueur et une largeur prédéterminées, les valeurs des paramètres étant choisies de manière à produire le meilleur taux d'onde stationnaire de tension. Divers modes d'exécution sont possibles pour l'élément rayonnant selon l'invention. Par exemple, la sonde peut traverser la plaque de fond du guide d'ondes ou être fixée sur une plaquette à circuit imprimé ou une ligne triplaque qui serait fixée a la base d'un guide d'ondes en guise de plaque de fond. Un élément rayonnant conforme à l'invention présente les avantages principaux suivants a) sa construction est simple, b) l'absence de contacts soudés entraîne l'absence de produits d'intermodulation passifs, c) les accès d'entrée et de sortie sont aisément et directement accessibles car ils sont placés derriè re le radiateur, d) il permet une grande souplesse dans la sélection des dimensions de l'ouverture, e) il assure un rendement de transmission élevé, f) il peut être monté sur la plaque de fond du guide d'ondes, g) il permet de réaliser la plaque de fond du guide d'ondes sous forme d'une plaquette à circuit impri mé ou d'une ligne triplaque. Conformément à un second aspect de l'invention, une sonde telle que décrite plus haut peut également servir pour réaliser la jonction entre un câble coaxial et un guide d'ondes, notamment pour alimenter une antenne hertzienne. D'autres particularités de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit, accompagnée des dessins dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe d'un guide d'ondes exemplaire incorporant un élément rayonnant conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue de face du guide d'ondes montré à la figure 1, - les figures 3 à 6 illustrent quelques exemples typiques de modes de réalisation conformes a l'invention. Le dispositif représenté aux figures 1 et 2 est un guide d'ondes 1, de forme cylindrique, ayant une extrémité fermée par une plaque de fond 2 percée d'une ouverture 3. A son extrémité opposée, le guide 1 se prolonge ici par un cornet rayonnant 4. A l'intérieur du guide 1, à partir de la plaque de fond 2, s'étend une sonde 5 ayant un profil en L. La branche longitudinale 51 de la sonde s'étend parallèlement à l'axe longitudinal du guide 1 et la branche transversale 52 de la sonde s'étend radialement à l'intérieur du guide 1. La branche longitudinale 51 de la sonde 5 forme, avec la paroi latérale du guide 1, une ligne de transmission hyperfréquences. L'extrémité 6 de la branche longitudinale de la sonde est destinée à être connectée au conducteur central d'un câble coaxial. Dans l'exemple de la figure 1, la branche longitudinale 51 traverse la paroi de fond 2 dans l'ouverture 3. La sonde est enrobée dans un composé diélectrique 7 destiné à lui assurer un support mécanique. Le matériau diélectrique doit pouvoir être facilement travaillé afin de permettre d'accorder les paramètres caractéristiques de la sonde 5. Le matériau diélectrique peut avantageusement être constitué d'une poudre de sphérules diélectriques.Une amélioration du taux d'onde stationnaire peut être obtenue si nécessaire en adaptant l'impédance de l'ouverture au moyen d'un iris métalli que ou en mousse diélectrique disposé dans le guide d'ondes 1. La sonde 5 est caractérisée par quatre paramètres caractéristiques : sa hauteur H, sa longueur L, sa largeur d et l'écartement D entre la sonde et la paroi latérale du guide. L'écartement D et la largeur d sont choisies de manière que la ligne de transmission formée par la sonde ait la même impédance que le câble coaxial, par exemple 50 ohms ou toute autre valeur convenable. L'adaptation tient compte des dimensions du guide et de la sonde ainsi que de la réflexion de l'ouverture du guide dans le cas où le dispositif est utilisé comme élément rayonnant. La hauteur H et la longueur 1 sont choisies de manière à obtenir le meilleur taux d'onde stationnaire de tension sur la bande de fréquences intéressante. Dans le mode de réalisation exemplaire des figures 1 et 2, la sonde 5 est constituée d'un élément métallique rond. La sonde peut cependant aussi être constituée par exemple d'une pièce métallique à faces planes ayant une épaisseur non uniforme. Dans un mode d'exécution particulier, la sonde 5 pourrait être réalisée par dépôt de métal sur un bloc de matériau diélectrique préalablement découpé. La sonde 5 peut être montée de diverses manières. Dans la figure 1 elle traverse la plaque de fond 2 pour être connectée à l'extérieur du guide 1 au conducteur central d'un câble coaxial. Un avantage intéressant de la sonde selon l'invention est qu'elle peut aussi être fixée sur la paroi de fond 2 du guide d'ondes 1 avec un moyen de connexion pour le raccordement extérieur au conducteur central d'un câble coaxial. La figure 3 représente par exemple un mode d'exécution dans lequel la paroi de fond 2 forme la plaque de masse d'une ligne triplaque 10 dans laquelle on fixe directement la sonde qui se trouve connectée à un conducteur central 8 noyé dans un composé diélectrique 9. La plaque de fond du guide 1 pourrait aussi consister en une plaquette à circuit imprimé. La sonde réalisée et montée conformément à l'invention permet de réaliser non seulement des guides d'ondes à polarisation linéaire mais également, et tout aussi simplement, des guides à polarisation circulaire. La figure 4 représente de façon schématique un guide 1 à double polarisation circulaire. Deux sondes 5A et 5B sont disposées à l'intérieur du guide 1. Les branches transversales de ces deux sondes s'étendent dans deux plans perpendiculaires entre eux, les extrémités 6 des deux sondes étant alors connectées à deux sorties d'un circuit différentiel 11 (circuit connu en soi) créant un déphasage de 90 degrés entre les signaux appliqués aux deux sondes 5A et 5B de manière à découpler celles-ci. La figure 5 représente schématiquement un mode d'exécution d'un guide à double polarisation circulaire dans lequel le circuit différentiel 11 est réalisé sur une plaquette à circuit imprimé fixée à la base du guide 1 et constituant la plaque de fond du guide. En utilisant deux sondes de dimensions différentes, il est également possible de créer une polarisation circulaire unique dans le guide sans nécessiter de circuit différentiel. La polarisation circulaire peut être améliorée en créant une dissymétrie dans le guide, soit en adoptant pour celui-ci une forme dissymétrique par rapport à son axe longitudinal, soit en plaçant par exemple un septum entre les sondes. Un avantage particulièrement intéressant de la sonde conforme à l'invention est qu'elle permet de monter aisément plusieurs guides d'ondes 1 sur une plaque de support 12 avec un faible écartement entre les guides 1, ce qui rend l'invention apte à réaliser des réseaux de guides d'ondes compacts. La figure 6 représente un mode de réalisation exemplaire dans lequel plusieurs guides 1 sont montés sur une plaque de support 12 portant plusieurs circuits différentiels imprimés 11. Sur la plaque 12 sont fixées les sondes 5A et 5B de chaque guide à polarisation circulaire. Chaque guide 1 est constitué d'un cylindre, en aluminium par exemple, fixé sur la plaque de support en enveloppant deux sondes 5A et 5B. Dans une telle construction, il est possible de réaliser un réseau compact de guides d'ondes de section polygonale quelconque, par exemple carrée ou rectangulaire, en formant les guides au moyen de bandes d'aluminium ou de matière plastique renforcée de fibres de carbone, notamment, disposées en treillis et fixées d'une manière quelconque sur la plaque de support 12. Les exemples décrits dans ce qui précède sont des exemples donnés à titre illustratif et l'invention n'est nullement limitée à ces exemples. Toute modification, toute variante et tout agencement équivalent doivent être considérés comme compris dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Elément rayonnant pour guide d'ondes à couplage électromagnétique, le guide d'ondes comprenant une paroi latérale et une paroi de fond, caractérisé en ce qu'il consiste en une sonde (5) ayant une forme en L, laquelle sonde a une branche longitudinale (51) parallèle à l'axe longitudinal du guide (1) et une branche transversale (52) qui s'étend dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal du guide (1), la branche longitudinale (51) s'étendant depuis la paroi de fond (2) du guide (1) sur une longueur (H) prédéterminée à une distance (D) prédéterminée de la paroi latérale du guide (1), la branche longitudinale (51) de la sonde étant connectée à travers la plaque de fond (2) du guide au conducteur central d'un câble coaxial, et la branche transversale (52) de la sonde ayant une longueur (L) et une largeur (d) prédéterminées, les valeurs des paramètres (H, D, L et d) étant choisies de manière à produire le meilleur taux d'onde stationnaire de tension. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la branche longitudinale (51) de la sonde (5) traverse la plaque de fond (2) du guide (1) et se trouve connectée au conducteur central du câble coaxial. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque de fond (2) du guide forme la plaque de masse d'une ligne triplaque (10) dans laquelle l'extrémité de la sonde (5) se trouve connectée à un conducteur central (8) noyé dans une matière diélectrique (9). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la sonde (5) est une pièce à faces planes et ayant une épaisseur non uniforme. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque de fond (2) du guide consiste en une plaquette à circuit imprimé sur laquelle est fixée la sonde. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sonde (5) est enrobée d'un matériau diélectrique (7). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la sonde (5) est formée par dépôt de métal sur un bloc de matière diélectrique. 8. Guide d'ondes, caractérisé en ce qu'il comprend deux sondes selon l'une quelconque des revendications précédentes, les deux sondes étant disposées dans des plans perpendiculaires entre eux, et les deux sondes étant connectées à deux sorties d'un circuit différentiel (11) créant un déphasage de 90 degrés entre les signaux de sortie. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le circuit différentiel (11) est imprimé sur une plaquette fixée à la base du guide (1). 10. Réseau de guides d'ondes à couplage électromagnétique, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs dispositifs selon l'une quelconque des revendications précédentes, lesquels dispositifs sont montés sur une plaque de support (12) commune.