Brevet FR2656741A1 — publié le 19910705

Diplexeur à large bande, en particulier pour ondes décamétriques. La présente invention se rapporte à un diplexeur pour antenne à large bande et, en particulier, pour antenne fonctionnant en ondes décamétriques c'est-à-dire à des fréquen- ces allant de 3 à 30 M Hz. En radiodiffusion, pour transmettre un même pro- gramme sur deux fréquences de canaux voisins et avec les mê- mes caractéristiques de rayonnement, afin d'être sûr d'atteindre une zone géographique donnée, il est connu d'utiliser un diplexeur qui réalise la mise en parallèle de deux émetteurs sur une même antenne tout en évitant, ou du moins en rendant très faible, le couplage entre les deux émetteurs. Les diplexeurs actuellement utilisés sont conçus pour effectuer le diplexage sur deux canaux donnés à une fréquence donnée dans chaque canal Les antennes à large bande, "multicanaux", développées depuis plus de dix ans per- dent donc beaucoup de leur intérêt si elles sont utilisées avec de tels diplexeurs. Le but de la présente invention est d'éviter cet incon- vénient en donnant la possibilité d'utiliser un même diplexeur pour différentes fréquences d'émission des deux émetteurs ce qui va donc nécessiter d'utiliser une antenne à large bande "multica- naux". Ceci est obtenu grâce à un diplexeur dont la lon- gueur des éléments de ligne qui le composent, est réglable. Selon l'invention il est proposé de réaliser un diplexeur pour coupler en parallèle deux émetteurs à une même antenne à large bande, comportant trois accès destinés respecti- vement au branchement des deux émetteurs et de l'antenne et, entre chaque accès d'émetteur et l'accès d'antenne, une ligne avec deux points de raccordement distincts et, en dérivation, à partir respectivement des deux points de raccordement, deux tronçons de ligne, caractérisé en ce qu'il comporte des premiers moyens de réglage pour régler la position de chaque point de raccordement dans la ligne o il se trouve et des seconds moyens de réglage pour régler la longueur de chaque tronçon de ligne en dérivation. La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci- après et des figures s'y rapportant qui représentent: la figure 1 un schéma d'un diplexeur selon l'art antérieur, les figures 2 et 3, des schémas de diplexeurs selon l'invention, la figure 4, une partie d'un autre diplexeur selon l'invention. Sur les différentes figures les éléments correspon- dants sont désignés par les mêmes repères De plus il est à noter que, pour des problèmes de place et de lisibilité, les proportions n'ont pas toujours été respectées dans les figures. La figure 1 est une vue schématique montrant un diplexeur selon l'art connu qui reçoit des signaux à deux fréquences distinctes F et F' respectivement sur un premier et un deuxième accès, Ai, A 2, et les délivre à une antenne A bran- chée sur un troisième accès AO Dans l'exemple décrit F est supérieur à F' si bien que, dans ce qui suit et dans les revendi- cations F et F' seront respectivement appelées fréquence haute et fréquence basse et les fréquences autour de F et de F' seront respectivement appelées fréquences hautes et fréquences basses. L'accès Ai recevant le signal à la fréquence F est relié à l'accès AO sur lequel est branché l'antenne A par une ligne que deux points de raccordement distincts M et N séparent en trois tronçons de ligne: un tronçon L relie le point M à l'accès Ai, un tronçon Ll relie les points M et N et un tronçon L 2 relie le point N à l'accès AO De plus, deux tronçons de ligne L 3, LA, disposés en dérivation, relient respectivement les points M et N à la masse. De même l'accès A 2 recevant le signal à la fréquence F' est relié à l'accès AO par une ligne que deux points -de raccordement distincts M' et N' séparent en trois tronçons de ligne: un tronçon L' relie le point M' à l'accès A 2, un tronçon Li' relie les points M' et N' et un tronçon L 2 ' relie le point N' A l'accès d'antenne, AO; de plus deux tronçons de ligne L 3 ', L 4 ' relient respectivement les points M' et N' à la masse. Le diplexeur selon la figure 1 comporte un diplexeur proprement dit constitué par les tronçons de ligne L 2, AL 4, L 2 ', L 4 ' Les longueurs de ces tronçons sont respective- ment de À '/4,) '/2, À /4, /2, o X et A ' sont les longueurs d'ondes correspondant à F et F'; ces valeurs sont des valeurs théoriques mais les valeurs réelles en sont très voisines. Le diplexeur selon la figure 1 comporte également deux circuits d'adaptation d'impédance constitués respectivement par les tronçons L 1, L 3 et LI', L 3 ' En effet, par exemple sur la voie des fréquences basses, l'introduction, en N', du tronçon de ligne L 4 ' amène une désadaptation; pour réadapter l'antenne A avec sa ligne L 4 ', à l'impédance nominale, il est nécessaire de placer en M' la ligne court-circuitée L 3 ' La longueur du tronçon L 3 ' est très proche de celle du tronçon L 4 ' et donc de /2; la longueur du tronçon L 1 ' dépend de l'impédance d'antenne, vue en N' et de l'impédance de ligne de L 2 ' De même, dans le circuit d'adaptation constitué par les tronçons L 1 et L 3, le tronçon de ligne L 3 a une longueur de l'ordre de À '/2 et la longueur de L 1 dépend de l'impédance d'antenne vue de N et de l'impédance de ligne de L 2. I 1 est également connu d'utiliser des diplexeurs correspondant sensiblement, du point de vue des longueurs des tronçons de ligne, au diplexeur selon la figure 1, mais dans lesquels les tronçons de ligne L 3, L 4, L 3 ', L 4 ' ne sont plus court-circuités par mise à la masse à une de leurs extrémités mais sont ouverts à cette extrémité; il est également connu d'utiliser des diplexeurs dans lesquels l'une des deux voies, par exemple la voie basses fréquences, présente des lignes court-circuitées tandis que l'autre voie présente des lignes ouvertes Mals il est à noter que, généralement, pour les lignes o circulent de fortes puissances, c'est-à-dire dans le cas d'utilisation d'émetteurs de 100 k W et plus, les diplexeurs à lignes ouvertes ne sont généralement pas employés afin d'évi- ter des problèmes de rayonnement et d'effet Corona; ils peu- vent cependant être utilisés, malgré ces inconvénients, lorsque le rapport des fréquences extrêmes d'utilisation est de l'ordre de 2 ou supérieur à 2. Un circuit, comme celui de la figure 1, ne peut fonc- tionner qu'avec deux valeurs prédéterminées respectivement pour F et F'. La figure 2 montre comment le diplexeur selon la figure 1 peut être modifié pour lui permettre de fonctionner sur quatre valeurs distinctes pour sa fréquence basse E' et quatre valeurs distinctes pour sa fréquence haute F La figure 2 corres- pond à une étude d'un diplexeur destiné à être associé à une antenne multicanaux, à large bande, conçue pour les cinq ban- des des 11, 13, 15, 17, 21 M Hz; les largeurs de bande sont définies comme suit d'après les normes internationales: bande 11 M Hz = de 11,65 à 12,05 M Hz = 3,43 % de 11,65 bande 13 M Hz = de 13,6 à 13,8 M Hz = 1,47 % de 13,6 bande 15 M Hz = de 15,1 à 15,6 M Hz = 3,31 % de 15,1 bande 17 M Hz = de 17,55 à 17,9 M Hz = 1,99 % de 17,55 bande 21 M Hz = de 21,45 à 21,85 Mhz = 1,86 % de 21,45. Pour pouvoir utiliser toutes les possibilités de cette antenne, la voie basses fréquences du diplexeur selon la fi- gure 2 a été prévue pour pouvoir coupler à l'antenne un émet- teur travaillant dans les bandes des 11, 13, 15 et 17 M Hz tandis que la vole hautes fréquences a été prévue pour coupler à l'antenne un émetteur travaillant dans les bandes des 13, 15, 17 et 21 M Hz, ce qui permet de faire travailler l'antenne dans les couples de bandes suivants: 11-13, 1115, 11-17, 13-15, 13-17, 13-21, 15-17, 15-21 et 17-21; il est à remarquer que le couple 11-21 n'est pas utilisé car, le rapport des fréquences entre les deux bandes étant très proche de 2, il est difficile d'empêcher que des harmoniques 2 de la bande des 11 M Hz ne viennent perturber la bande des 21 M Hz. Pour permettre ces différents fonctionnements le diplexeur de la figure 2 comporte les mêmes tronçons de ligne L, L', Ll, LM', L 2, L 2 ', L 3, L 3 ', L 4, L 4 ', que celui de la fi- gure 1, dans une disposition semblable, mais la longueur des tronçons de ligne peut être modifiée afin que le diplexeur puisse être réglé en fonction des fréquences F et F' indiquées ci-avant A cette fin, la voie basses fréquences, c'est-à-dire dans la voie qui conduit le signal de fréquence F' à l'antenne A, et la voie hautes fréquences comportent chacune deux commutateurs: Cl, C 2 pour la voie hautes fréquences, Ci', C 2 ' pour la voie basses fréquences Chaque commutateur est un commutateur rotatif à deux galettes avec quatre plots par ga- lette, tels que les plots Pli à P 14 et P 15 à P 18 pour les pre- mière et seconde galette du commutateur Cl; à chaque galette est associé un curseur, tels les curseurs Jîl et J 12 pour le commutateur Cl, qui correspondent aux galettes portant respecti- vement les plots Pll à P 14 et P 15 à P 18 La première des deux galettes de chaque commutateur a ses plots dans la liaison entre les deux accès Ai, A 2, et les plots successifs de chaque pre- mière galette sont reliés entre eux par des tronçons de ligne; ainsi les plots Pli à P 14 du commutateur Cl se trouvent en série dans cette liaison, grâce à des tronçons de ligne K 11, K 12 et K 13 qui relient respectivement les plots Pli et P 12, P 12 et P 13, P 13 et P 14 La seconde des deux galettes de chaque commutateur a ses plots successifs reliés par des tronçons de lignes; ainsi les plots P 15 à P 18 du commutateur Cl sont reliés par des tron- çons K 16, K 15, K 14 disposés respectivement entre les plots P 15 et P 16, P 16 et P 17, P 17 et P 18. Le curseur de la première galette, tel le curseur J 1 l du commutateur Ci, est relié à un des deux plots extrêmes de la seconde galette tandis que l'autre plot extrême et le curseur de cette galette sont reliés à la masse Les tronçons de ligne relatifs au commutateur C 2, de même que les curseurs et les plots de ce commutateur, ont été désignés sur la figure 2 en ajoutant 10 au chiffre de l'élément correspondant relatif au commutateur Cl, c'est ainsi que le tronçon K 22 du commutateur C 2 correspond au tronçon K 12 du commutateur Cl Par ailleurs, pour faciliter la compréhension de la figure 2, de même que celle de la figure 3, les tronçons de ligne des premières galet- tes, c'est-à-dire les tronçons tels que K 21, qui se trouvent en série entre les accès Al, A 2, ont été dessinés sous forme d'ar- rondis tandis que les tronçons des secondes galettes des commu- tateurs ont été dessinés sous forme de créneaux. Dans la position qu'ils occupent sur la figure 2, les quatre curseurs de la voie hautes fréquences déterminent une structure selon la figure 1, dans laquelle les points M et N sont les extrémités mobiles des curseurs des premières galettes des commutateurs Cl et C 2 et dans laquelle les tronçons de ligne Ll, L 2, M 3, IA de la figure l sont respectivement constitués par les tronçons allant du plot P 13 au plot P 23, du plot P 23 à l'ac- cès AO, du plot P 13 à la masse en incluant le tronçon K 14, et du plot P 23 à la masse en incluant le tronçon K 24 La position qu'occupent les curseurs des commutateurs Cl et C 2 est celle qui est prévue lorsque le signal E', sur l'accès A 2, est dans la bande des 15 M Hz En déplaçant les quatre curseurs des com- mutateurs Cl et C 2 simultanément d'un plot sur la droite (au sens d'un déplacement sur la figure 2), ou d'un plot sur la gauche, ou de deux plots sur la gauche, le diplexeur se trouve réglé pour un signal sur l'accès A 2 dont la fréquence F' se trouve respectivement dans la bande des 17, 13 et il M Hz. Des commentaires semblables pourraient être faits relativement aux commutateurs Cl', C 2 ' de la voie basses fréquen- ces, qui sont identiques à ceux de la voie hautes fréquences et dont les plots des galettes sont câblés avec des tronçons de ligne dont seule la longueur est différente par rapport à la voie hautes fréquences Il est à noter que la position des cur- seurs de la voie basses fréquences correspond à un signal de travail, sur l'accès Ai, situé dans la bande des 17 M Hz, tan- dis qu'un déplacement de l'ensemble des curseurs des commuta- teurs Cl' et C 2 ' d'un plot vers la gauche, ou d'un plot vers la droite, ou de deux plots vers la droite correspondrait à un signal de travail, sur l'accès Ai, situé respectivement dans les bandes des 21, 15 et 13 M Hz. Les longueurs des tronçons, tels que Kll et K 25, sont déterminées en considérant un diplexeur selon la figure 1 dans lequel la position des points M, N, M', N' serait réglable en fonction des bandes de fonctionnement et dans lequel la longueur des tronçons court-circuités L 3, L 4, L 3 ', LA' serait aussi réglable Ainsi sont définies quatre positions pour chacun de ces points et quatre longueurs pour chaque tronçon en court-circuit; la longueur des tronçons tels que Kll et K 25 peut alors être déterminée par de simples soustractions en te- nant compte des longueurs de ligne que constituent, par exem- ple, le curseur Jl du commutateur Ci en série avec la liaison allant de ce curseur au plot P 18 de la seconde galette de ce même commutateur Les longueurs des tronçons de ligne entre les deux commutateurs d'une même voie sont des longueurs moyennes déterminées en fonction de l'impédance de l'antenne à la fréquence moyenne des fréquences d'utilisation. Par souci de simplification les lignes conductrices des différentes figures ci-jointes ont été représentées par un seul trait, bien entendu ce sont des lignes symétriques, du genre lignes bifilaires, ou asymétriques, du genre des lignes coaxiales C'est ainsi que l'exemple selon la figure 2 a été réalisé en lignes bifilaires, ce qui revient à dire que, pour être complète la figure 2 devrait comporter des lignes représen- tées par deux traits parallèles, des curseurs doubles à deux bras parallèles et des galettes doubles à deux ensembles superpo- sés de quatre plots chacun. La figure 3 est le schéma d'une réalisation d'un diplexeur selon l'invention associé à une antenne multicanaux, à large bande, A, travaillant dans les bandes des 13, 15, 17 et 21 M Hz Sur cette figure, qui correspond à la figure 2 mais avec des galettes à trois plots, seuls les repères relatifs à l'antenne, A, et aux accès, AO, AI, A 2 ont été marqués pour ne pas surcharger le dessin et permettre d'indiquer, les lon- gueurs en mètres des différents tronçons de ligne. Dans cette réalisation la voie hautes fréquences, c'est-à-dire celle correspondant à l'accès Ai, a été conçue pour travailler dans les bandes des 15, 17 et 21 M Hz, tandis que la voie basses fréquences a été conçue pour travailler dans les bandes des 13, 15 et 17 M Hz. La longueur des tronçons en série entre la ligne de l'accès Ai et celle de l'accès A 2 sont respectivement de 1 -1,6 2,16 0,5 0,8 3,46 4,21 0,56 0,7 1 - 1,47 mètres Quant aux quatre éléments de ligne en dérivation ils comportent chacun trois tronçons de ligne en série; la longueur de ces tronçons, à partir des curseurs relatifs aux premières galettes (c'est-àdire aux galettes relatives aux tronçons en série entre les accès Ai et A 2) est de 6,92 1,5 et 1 mètre dans la voie hautes fréquences et de 8,42 1, 13 et 1,45 mètres dans la voie basses fréquences. Le diplexeur qui a servi d'exemple à la réalisation selon la figure 3 présente les caractéristiques suivantes: utilisation d'une antenne multicanaux d'impédance d'entrée étale à 150 ohms et de ROS (rapport d'onde stationnaire, standing-wave ratio ou SWR dans la littéra- ture anglo-saxonne) au maximum égal à 2, lignes symétriques 300 ohms découplage entre les voies hautes et basses fréquen- ces au moins de 30 d B ce qui, avec des émetteurs de 500 k W, laisse au plus 500 W dans la voie découplée, valeur tout à fait acceptable, qui n'empêche pas la mise en service du second émetteur branché sur le diplexeur lorsque le premier est déjà en fonctionnement. La figure 4 montre une étude d'un commutateur du genre du commutateur Cl de la figure 2, lorsque la ligne L 3 a son extrémité en circuit ouvert et non pas à la masse comme sur les figures 1 à 3 Dans ce cas la structure de la première ga- lette, avec son curseur Jll, reste inchangée Par contre la seconde galette avec son curseur J 21 est modifiée de manière que les tronçons de ligne K 14, R 15, K 16 n'aient aucun contact élec- trique avec le reste du diplexeur quand ils ne sont pas utilisés; à cet effet la seconde galette comporte des plots, Qll, Q 12, Q 13, à deux bornes distinctes et un curseur B à trois branches Bi, B 2, B 3 coupées chacune par un isolateur Si, 52, 53; le curseur B permet de réunir les deux bornes du plot Qll ou des plots Qll, Q 12 ou des plots Qll, Q 12, Q 13 ou d'au- cun plot; ce curseur se déplace comme le curseur J 12 de la figure 2 entre quatre positions et ses positions sont liées à celles que prend le curseur Jll de la première galette Ainsi, depuis la position qu'ils occupent sur la figure 4, les curseurs Jll et B peuvent être déplacés ensemble soit d'une position vers la droite, soit d'une ou deux positions vers la gauche, de ma- nière à modifier le réglage du diplexeur en fonction de la fréquence basse de fonctionnement choisie. La présente invention n'est pas limitée aux exemples décrits, c'est ainsi en particulier qu'elle s'applique au cas de diplexeurs prévus pour fonctionner sur un nombre de bandes différent de trois ou quatre, aussi bien en fréquences hautes qu'en fréquences basses et, éventuellement pour un nombre de bandes différent en fréquences hautes de celui en fréquences basses; il suffit que les deux commutateurs d'une voie aient le nombre de positions correspondant au nombre de bandes possi- bles de l'autre vole. De même il est possible, par exemple avec des lignes bifilaires d'utiliser des commutateurs à curseurs glissants et même de commander les déplacement des curseurs par un moteur asservi aux bandes de fonctionnement choisies et à des résultats de mesure effectuées sur le diplexeur Dans le cas de la fi- gure 4, c'est-à-dire dans le cas de diplexeurs à lignes ouver- tes, le curseur glissant perd de son intérêt en ce qui concerne la seconde galette qui est relative à une ligne en circuit ou- vert, étant donné que le curseur doit obligatoirement s'arrêter au niveau des deux bornes d'un même plot. il REVENDICATIONS 1 Diplexeur pour coupler en parallèle deux émet- teurs à une même antenne à large bande (A), comportant trois accès (AO, Ai, A 2) destinés respectivement au branchement des deux émetteurs et de l'antenne et, entre chaque accès d'émetteur (Ai, A 2) et l'accès d'antenne (AO), une ligne (L, Ll, L 2; L', Li', L 2 ') avec deux points de raccordement (M, N; M', N') distincts et, en dérivation, à partir respectivement des deux points de raccordement, deux tronçons de ligne (L 3, TA; L 3 ', L 4 '), caractérisé en ce qu'il comporte des premiers moyens de réglage (J 11, J 21) pour régler la position de chaque point de raccordement dans la ligne o il se trouve et des se- conds moyens de réglage (J 12, J 22; B) pour régler la longueur de chaque tronçon de ligne en dérivation. 2 Diplexeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premiers moyens de réglage sont constitués, entre chaque accès d'émetteur (Ai, A 2) et l'accès d'antenne (AO), par deux groupes successifs de N plots (Pll-P 14, P 21-P 24), o n est un entier au moins égal à 2 et par deux curseurs (J 11, J 21) associés respectivement aux deux groupes, et dont les extrémités mobiles constituent les deux points de raccordement (M, N; M', NI). 3 Diplexeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les seconds moyens de réglage sont constitués, pour chacun d'au moins deux des tronçons en dérivation, par un groupe de m plots successifs (P 15-P 18; P 25-P 28) o m est un entier au moins égal à 2, disposé dans le tronçon de la déri- vation considérée, et par un curseur (J 12; J 22) permettant de mettre à la masse un des m plots. 4 Diplexeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les seconds moyens de réglage sont constitués, pour chacun d'au moins deux des tronçons en dérivation, par p plots (Qll, Q 12, Q 13), avec p entier positif, à deux bornes distinctes électriquement séparées, disposés en série dans le tronçon de la dérivation considérée, et par un curseur (B) pour relier électri- quement de O à p des p plots.