Brevet FR2662507A1 — publié le 19911129

*-1 JOINT TOURNANT MIXTE HYPERFREQUENCE ET OPTIQUE La présente invention concerne les joints tournants permet- tant de transmettre des signaux hyperfréquences par exemple entre une tête haute fréquence de radar placée dans une tourelle en rotation par rapport à un bîti et les autres circuits du radar logés dans le bàti. Ce qenre de joint tournant hyperfréquence est associé en général à un joint tournant électrique à collecteur à bagues permettant l'alimentation électrique à partir du bâti des équi- pements placés en tourelle et l'échange de divers signaux élec- triques d'information entre les équipements logés dans la tourelle et dans le biti. La transmission des signaux électriques d'information par l'intermédiaire des bagues du collecteur du joint tournant élec- trique est délicate car elle est sensible aux parasites engendrés oar les contacts par balais et par la proximité des courants d'alimentation Elle nécessite la prise de nombreuses précautions: contacts par plusieurs balais protection contre les oxydations afin d'éviter les défauts de contact répartition judicieuse des bagues de puissance sur le collecteur afin de limiter le parasitage des signaux électriques d'information et d'interdire, en cas de défaillance mécanique, une possibilité de contact entre les bagues de puissance et les fils véhiculant les signaux électriques d'information dispositions prises pour un retour de masse de bonne qualité. Toutes ces précautions ont pour effet de rendre le Joint tournant électrique lourd et encombrant En outre, le débit oos- sible pour les échanges d'informations par l'intermédiaire d-un signal électrique reste limité ce qui peut conduire à multiplier les voies de communication et à accroître encore l'encombrement du joint tournant électrique. La présente invention a Pour but de pallier ces incon- v 4 nients en prévoyant d'associer au joint tournant hyperfréquence un joint tournant optique avec une fibre optique. L'utilisation d'une liaison par fibre optique et joint tour- nant optique a pour avantage de permettre une transmission de siqnaux d'information insensible au parasitage et aux crachements des banues de puissance En outre, la cadence de transmission peut atteindre des valeurs beaucoup plus élevées. La présente invention a pour objet un joint tournant mixte hyperfréquence et optique comportant une partie dite fixe, une partie dite tournante en rotation autour d'un axe A par rapport à la partie fixe, au moins une paire d'arrivées de guide hyper- fréquence Placées l'une dans la partie fixe l'autre dans la partie tournante et couplées entre elles par une liaison coaxiale disposée selon l'axe de rotation A, ladite liaison coaxiale étant pourvue d'une ame conductrice qui-a une première extrémité fixée dans la partie tournante et une deuxième extrémité coulissant en rotation dans la partie fixe, une fibre optique solidaire de la partie tournante, qui pénètre dans ladite partie tournante et traverse l'me conductrice de la liaison coaxiale dans le sens longitudinal en suivant un canal pratiqué selon l'axe de rotation A en direction de la partie fixe, et un moyen de couplaqe optique qui est solidaire de la partie fixe et qui est centré sur 1 axe de rotation A en regard de l'extrémité de la fibre optique solidaire de la partie tournante. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-après d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple Cette description sera faite en reqard du dessin dans lequel: une figure 1 est une vue en coupe longitudinale partielle d'un joint tournant mixte hyperfréquence et optique selon l invention et une figure 2 est une vue en coupe longitudinale détaillant la partie inférieure consacrée au couplage optique du joint tournant mixte vu à la figure 1. Le joint tournant mixte représenté à la figure 1 assure l'acheminement de trois voies hyperfréquences distinctes et d'une voie optique Il comporte deux Parties superposées en rotation l'une par rapport à l'autre l'une 1 dite fixe et l'autre 2 dite tournante. Les parties fixe 1 et tournante 2 sont accouplées à l'aide de roulements à billes 3 leur permettant de tourner l'une par rapport à l'autre autour d'un axe longitudinal vertical commun t. La partie fixe 1 est formée d'un empilement de trois pièces métalliques 10, 11, 12, percées d'un conduit axial centré sur l'axe de rotation t et de trois arrivées latérales superposées 13, 14, 15 de guide d'ondes rectangulaires rejoignant le conduit axial. La partie tournante 2 est composée d'un empilement de deux pièces métalliques 20, 21 percées d'un conduit axial centré sur l'axe de rotation A et de trois arrivées latérales superposées 23, 24, 25 de guide d'ondes rectangulaires rejoignant le conduit axial. Une liaison coaxiale disposée dans les conduits axiaux des parties fixe 1 et tournante 2 assure les couplages entre les arrivées de guide d'ondes des parties fixe 1 et tournante 2 correspondant à une m&me voie Elle comporte trois conducteurs concentriques: une Arme 30 et deux gaines conductrices 31 et 32 isolés entre elles et de la paroi des conduits L'âme 30 relie entre elles les arrivées de guide d'ondes 13 et 23 les plus éloi- gnées des parties fixe 1 et tournante 2 Ses extrémités dépassent dans celles-ci à la manière d'une antenne Pour assurer les coupla'es hyoerfréQuences La première gaine conductrice 31 plus courte que I'Àme 30 relie électriquement deux obstacles de couplage a profil en "bouton de porte" 16, 26 disposés en relief sur les faces en vis à vis des arrivées intermédiaires 14 et 24 de guide d'ondes des parties fixe 1 et tournante 2 pour assurer leur couplage hyperfréquence La deuxième gaine conductrice 32 qui entoure la première 31 et l'âme 30 est plus courte que ces deux dernières Elle relie électriquement deux obstacles de couplage à profil en "bouton de porte" 17 et 27 disposés en relief sur les faces en vis à vis des arrivées 15 et 25 de guide d'ondes les plus proches des parties fixe 1 et tournante 2 pour assurer leur couplage hyperfréquence La liaison coaxiale est fixée par une extrémité dans la partie tournante 2 et coulisse en rotation dans la partie fixe 1 o son guidage est assuré Par deux roulements à billes 33 et 34. Dans chaque voie hyperfréquence, le signal se propage en mode fondamental TEIO dans les arrivées de quide d'ondes et en mode TEM dans la liaison coaxiale o la propagation se fait par les conducteurs concentriques 30, 31, 32 par effet de peau C'est la symétrie de ce dernier mode TEN qui autorise la rotation. L'ime 30 de la liaison coaxiale est percée d'un canal axial centré sur l'axe de rotation A permettant le passage d'une fibre optique 4 au travers des parties tournante 2 et fixe 1 Cette fibre optique 4 qui est solidaire de la partie tournante 2 et de la liaison coaxiale provient d'un boîtier supérieur 5 fixé a la partie tournante 2 o elle est raccordée à un élément de connecteur optique 50 Elle émerge en dessous de la partie fixe 1 dans un boîtier inférieur 6 fixé à cette dernière o son extrémité est couplée à celle d'une autre fibre 7 par l'intermédiaire de lentilles de couplage 8 et 9 élargissant le faisceau lumineux au droit d'un plan de rotation optique gour atténue les effets des défauts d'alignement et d'éloignement des extrémités des deux fibres 4 et 7 en rotation l'une par rapport à l autre. La figure 2 détaille la constitution du joint tournant mixte au niveau du boîtier inférieur 6 solidaire de la partie fixe 1, qui contient le plan de rotation de la liaison optique On y distingue la pièce métallique 10 qui constitue la partie inférieure de la partie fixe 1 et qui est percée d'un conduit axial centré sur l'axe de rotation A et de l'arrivée de guide d'ondes 13 la partie inférieure de la liaison coaxiale enfilée dans le conduit axial avec sa première qaine métallique 31 qui s'arrete au débouché du conduit axial dans l'arrivée de guide d'ondes 13 et l'extrémité de son ame métallique 30 qui dépasse à la manière d'une antenne dans l'arrivée de guide d'ondes 13. ainsi que le roulement à billes inférieure 34 qui assure le guidage en rotation de la liaison coaxiale à l'intérieur de la partie fixe 1. La liaison coaxiale est prolongée vers l'intérieur du boîtier inférieur 6 solidaire de la partie fixe 1 jusqu'au niveau du plan de rotation optique par une tige creuse suoportant à son extrémité la lentille de couplage 8 Cette tige creuse est constituée d'un manchon isolant 35 prolongé d'un embout creux 36. Le manchon isolant 35 a son extrémité emboîtée entre l'âme 30 et la première gaine métallique 31 et prolonge l'isolant tubulaire 37 qui les sépare Il assure le franchissement de la paroi inférieure de la pièce métallique 10 et pénètre dans le boîtier inférieur 6 L'embout 36 a son extrémité emboîtée dans le manchon isolant 35 et fixée à celui-ci par un collier de serrage 38 il est disposé dans une douille 39 guidée en rotation à l'intérieur du boîtier inférieur 6 par deux roulement à billes superposés 40 et 41 Il porte à son extrémité libre la lentille de couplage 8 et contient une pièce tubulaire de centrage 42 permettant de guider l'extrémité de la fibre optique 4 sur l'axe de la lentille de couplaqe S. La fibre optique 4 qui est couplée à l'élément de connecteur fixé au boîtier supérieur 5 solidaire de la partie tournante 2 suit depuis le boîtier supérieur 5 le canal axial de l'3 me 30 de la liaison coaxiale et poursuit son chemin à l'intérieur du manchon isolant 35 et de la pièce tubulaire de centrage 42 pour venir au contact de la lentille de couplage 8. La lentille de couplage 9 est placée en vis à vis de la lentille de couplage 8, de l'autre c 8 tédu plan de rotation optique Elle est portée par un embout 43 emboîté dans une pièce d'ancrage 44 assurant sa fixation au boiter inférieur 6 solidaire de la partie fixe 1 Cet embout 43 renferme une pièce tubulaire de centrage 45 guidant l'extrémité de la fibre optique 7 gui est solidaire de la partie fixe 1 sur l'axe de la lentille lu couplage 9. R E V E N D I C A T I O M S 1 Joint tournant mixte hyperfréquence et optique comportant une partie dite fixe ( 1), une partie dite tournante ( 2) en rota- tion autour d'un axe A par rapport à la partie fixe ( 1), au moins une paire d'arrivées de guide hyperfréquence disposée l'une ( 13, 14, 15) dans la partie fixe ( 1), l'autre ( 23, 24, 25) dans la oartie tournante ( 2) et couplées entre elles par une liaison coaxiale ( 30, 31, 32) disposée dans un conduit axial traversant les pièces fixe et tournante ( 1, 2) selon l'axe de rotation A, ladite liaison coaxiale étant pourvue d'une âme conductrice ( 30) qui a une première extrémité fixée dans la partie tournante ( 2) et une deuxième extrémité coulissant en rotation dans la partie fixe ( 1), caractérisé en ce qu'il comporte en outre une fibre optique ( 4) solidaire de la partie tournante ( 2) qui pénètre dans ladite partie tournante ( 2) et traverse l'âme conductrice ( 30) de la liaison coaxiale dans le sens longitudinal en suivant un canal pratiqué selon l'axe de rotation A en direction de la partie fixe ( 1), et un moyen de couplage optique ( 9, 7) qui est solidaire de la partie fixe ( 1) et qui est centré sur l'axe de rotation A en regard de l'extrémité de la fibre optique ( 4) solidaire de la partie tournante ( 2). 2 Joint tournant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de couplage optique comporte une fibre optique ( 7) solidaire de la partie fixe ( 1) dont une extrémité vient en regard de l'extrémité de la fibre optique ( 4) solidaire de la partie tournante ( 2). 3 Joint tournant selon la revendication 2, caractérisé en ce que deux lentilles de couplage optique ( 8, 9) sont intercalées entre les extrémités en regard des fibres optiques ( 4, 7) soli- daires des parties tournante et fixe ( 2, 1). 4 Joint tournant selon la revendication 3, caractérisé en ce que la lentille de couplage optique ( 8) disposée devant l'extrémité de la fibre optique ( 4) solidaire de la partie tour- nante; 2) est portée par une tiqe creuse ( 35, 36) prolongeant la liaison coaxiale ( 30, 31 32) en direction de la partie fixe ( 1). 5 -Joint tournant selon la revendication 4, caractérisé en ce oue la tige creuse est constituée d'un manchon isolant ( 35) emboîte Dar son extrémité dans la liaison coaxiale ( 30, 31 32) et d'un emboût creux ( 36) emboîté par son extrémité dans le manchon isolant ( 35) et fixé à celui- ci par un collier de serrage ( 38). 6 Joint tournant selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'embout creux ( 36) emboîté par son extrémité dans le manchon isolant ( 35) prolongeant la liaison coaxiale ( 30, 31, 32) renferme une pièce tubulaire de centrage ( 42) guidant l'extrémité de la fibre optique ( 4) solidaire de la partie tournante ( 2) sur l'axe de ladite lentille de couplage optique ( 8). 7 Joint tournant selon la revendication 3, caractérisé en ce que la lentille de couplage optique ( 9) disposée devant l'extrémité de la fibre optique ( 7) solidaire de la partie fixe ( 1) est portée par un embout creux ( 43) qui est emboîté dans une pièce d'ancrage ( 44) fixée à la partie fixe ( 1) par l'inter- médiaire d'un boîtier ( 6) et qui renferme une pièce tubulaire de centrage ( 45) guidant l'extrémité de la fibre optique ( 7) solidaire de la partie fixe ( 1) sur l'axe de ladite lentille de couplage optique ( 9).