Brevet FR2677176A1 — publié le 19921204

i L'invention concerne un convertisseur mode coaxial-mode guide d'ondes dans lequel des ondes électro- magnétiqcîàes polarisées verticalement et polarisées horizon- talement, en mode guide d'ondes, sont converties en signaux électriques respectifs, en mode coaxial et vice versa. On connaît de façon classique un convertisseur mode coaxial-mod= guide d'ondes ayant la construction telle que montrée sur la figure 11 Un guide d'ondes circulaire log est formé de façon à avoir, à une première de ses extrémités, une ouverture llg et à être fermé à son autre extrémité par une paroi 12 g de mise en court-circuit Deux sondes 17 g et 18 g, destinées à capter respectivement des signaux électri- ques en mode coaxial à partir d'ondes polarisées ver- ticalement et d'ondes polarisées horizontalement introduites dans le guide d'ondes l Og, sont disposées dans le guide d'ondes l Og à un intervalle le long de l'axe du guide d'ondes. Dans ce convertisseur classique mode coaxial-mode guide d'ondes, une distance X, égale à un quart de la longueur d'onde dans une bande de fréquences traitée, est nécessaire entre la sonde 17 g proche du côté frontal, à savoir l'ouverture llg, et la sonde 18 g située sur le côté arrière De plus, une distance Y aussi longue que X est nécessaire entre la sonde 18 g du côté arrière et la paroi 12 g de mise en court-circuit Par conséquent, la distance entre l'emplacement de la sonde 17 g sur le côté frontal et l'empla- cement de la paroi 12 g de mise en court-circuit s'élève à la moitié de la longueur d'onde, et le guide d'ondes circulaire log doit être très long dans sa direction longitudinale Le problème est donc que le convertisseur est de grande dimen- sion Si la distance entre les sondes et celle comprise entre la sonde du côté arrière et la paroi de mise en court-circuit sont réduites dans le but de miniaturiser le convertisseur, un autre problème qui apparaît est que des caractéristiques électriques telles que l'affaiblissement d'insertion et le rapport de discrimination d'ondes polarisées croisées se détériorent. L'invention a été conçue pour résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus, posés dans l'art antérieur (sujets techniques), et un objet de l'invention est de procurer un convertisseur mode coaxialmode guide d'ondes qui est miniaturisé rar un montage d'une tige conductrice sur une paroi de mise en court-circuit et par une mise en place de deux sondes sur un plan perpendiculaire à l'axe du guide d'ondes circulaire, et qui peut présenter des propriétés électriques supérieures malgré cette miniaturisation. Conformément à la présente invention, lorsque des ondes électromagnétiques en mode guide d'ondes, polarisées verticalement et polarisées horizontalement, entrent dans un guide d'ondes circulaire, chacune des deux sondes peut convertir séparément chacune des ondes en un signal en mode coaxial et peut capter le signal. Dans le convertisseur mode coaxial-mode guide d'ondes selon l'invention, la tige conductrice est fixée à la paroi de mise en court-circuit du guide d'ondes circulaire et est disposée sur l'axe du guide d'ondes circulaire Les deux sondes sont disposées sur un plan perpendiculaire à l'axe du guide d'ondes circulaire de façon que les axes des sondes puissent se croiser à angle droit sur l'axe du guide d'ondes circulaire Par conséquent, la présente invention a pour particularité qu'une petite distance entre la paroi de mise en court-circuit et chacune des sondes (telle qu'environ un sixième à un neuvième d'une longueur d'onde dans une bande de fréquences traitée) est suffisante Ceci signifie que la distance depuis l'emplacement de la sonde jusqu'à l'emplace- ment de la paroi de mise en court-circuit peut être faible et aboutit à l'avantage de pouvoir miniaturiser le convertis- seur. En outre, étant donné que le convertisseur pouvant être ainsi miniaturisé possède la construction décrite ci-dessus, chacune des sondes peut capter son signal électrique avec diverses caractéristiques électriques meilleures à partir de chacune des ondes en mode guide d'ondes, polarisées verticalement et polarisées horizon- talement, qui entrent dans le guide d'ondes. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annx és à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale d'un élément primaire d'antenne équipé d'un convertisseur; la figure 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la figure 1; la figure 3 est une vue de dessous de l'élément primaire; la figure 4 est une élévation du côté gauche de l'élément primaire; la figure 5 est un graphique montrant des caractéristiques d'affaiblissement d'insertion; la figure 6 est un graphique montrant des caractéristiques du rapport de discrimination d'ondes polarisées croisées; la figure 7 est un graphique montrant des caractéristiques d'un affaiblissement de retour; la figure 8 est une coupe longitudinale partielle montrant une autre forme de réalisation; la figure 9 est une coupe longitudinale montrant une forme de réalisation encore différente; la figure 10 est une élévation du côté gauche de la forme de réalisation de la figure 9; et la figure il est une vue schématique en perspec- tive d'une forme de réalisation de l'art antérieur. Un élément primaire équipé d'un convertisseur et situé dans une antenne parabolique est représenté et désigné par la référence numérique 1 L'élément primaire 1 est constitué d'un élément primaire 2 proprement dit, de plaques 3 et 4 de base pour circuit fixées à l'élément primaire 2, d'un couvercle 5 destiné à recouvrir une ouverture de l'élément primaire 2 et d'un capot 6 destiné à protéger les plaques 3 et 4 de base pour circuit L'élément primaire 2 sera d'abord décrit Les références numériques 8 et 9 montrent respectivement un convertisseur mode coaxial- mode guide d'ondes et un cornet Les deux éléments sont réalisés d'une seule pièce comme montré sur les figures Le convertis- seur mode coaxial-mode guide d'ondes 8 sera décrit Un guide d'ondes circulaire 10 est réalisé en un métal bon conducteur électrique tel que l'aluminium Le diamètre intérieur D du guide d'ondes 10 est établi de façon à être égal, par exemple, à 15,74 mm, qui est une longueur appropriée pour la propagation satisfaisante d'ondes dans une bande de fréquen- ces traitée, telle que 11,7 à 12,2 G Hz La référence numéri- que il désigne une ouverture formée à une extrémité du guide d'ondes circulaire 10 Une paroi 12 de mise en court-circuit est destinée à fermer l'autre extrémité du guide d'ondes circulaire 10 et est réalisée d'une seule pièce avec le guide d'ondes 10 Une tige conductrice 14, réalisée en métal bon conducteur électrique, est formée sur la paroi 12 de mise en court-circuit afin que la tige 14 puisse être disposée sur l'axe loa du guide d'ondes circulaire 10 La tige 14 est réalisée d'une seule pièce avec la paroi 12 de mise en court- circuit dans la présente forme de réalisation, mais elle peut être formée séparément puis montée sur la paroi 12 de mise en court-circuit La tige conductrice séparée 14 peut être montée de manière arbitraire pourvu que cette tige con- ductrice 14 et la paroi 12 de mise en court-circuit forment un courtcircuit pour des ondes dans la bande de fréquences traitée Par conséquent, la tige conductrice 14 peut être montée sur la paroi 12 de mise en court-circuit soit direc- tement, soit avec un mince film diélectrique pris en sandwich entre elles La tige conductrice 14 est une tige circulaire dans la présente forme de réalisation, mais elle peut être une tige elliptique ou carrée. Les références numériques 17 et 18 montrent des sondes sur la figure 2 Les sondes 17 et 18 sont utilisées pour recevoir, par exemple, des ondes polarisées ver- ticalement et des ondes polarisées horizontalement, respec- tivement Chacune de ces sondes 17 et 18 est réalisée en une matière bonne cecrductrice électrique et est montée dans un isolateur 20 inséré dans un trou 19 traversant la paroi du guide d'ondes circulaire 10 Les deux sondes 17 et 18 sont disposées sur un plan perpendiculaire à l'axe 10 a du guide d'ondes circulaire 10, comme cela ressort clairement de leurs positions mutuelles montrées sur les figures 1 et 2 En outre, les sondes 17 et 18 sont disposées de façon que leurs axes se coupent à angle droit sur l'axe loa du guide d'ondes circulaire 10 comme montré sur la figure 2 Des saillies intérieures 17 a et 18 a des sondes 17 et 18, respectivement, pénètrent dans le guide d'ondes circulaire 10 et sont destinées à capter des signaux électriques provenant des ondes circulant dans le guide d'ondes Des saillies ex- térieures 17 b et 18 b, s'étendant vers l'extérieur du guide d'ondes circulaire 10, sont destinées à fonctionner en tant que connecteurs avec les plaques de base pour circuits Les références numériques 17 c et 18 c désignent des parties de connexion destinées à connecter les saillies intérieures au saillies extérieures. Ensuite, un support 22 pour plaques de base pour circuit est prévu sur la surface circonférentielle extérieure du guide d'ondes circulaire 10 Le support 22 est formé de façon à avoir une surface plate Cette surface plate coupe chacun des plans de polarisation des deux ondes introduites dans le guide d'ondes circulaire 10 sous un angle de 45 . Comme on le voit clairement sur la figure 1, le support 22 est d'une longueur suffisante et telle qu'il atteint une partie de la surface circonférentielle extérieure du cornet 9 La référence numérique 24 montre un support de capot réalisé d'une seule pièce avec le guide d'ondes circulaire 10. A présent, le cornet 9 est un cornet bien connu destiné à introduire et rayonner des ondes électromagnétiques et il est formé, sur sa surface circonférentielle intérieure, de façon à présenter plusieurs épaulements bien connus 25, 26, 27 et 28 La référence numérique 29 montre un support de couvercle du cornet 9 et le couvercle précité 5 est fixé sur ce support. Ensuite, les plaques de base 3 et 4 pour circuit sont toutes deux des plaques de base imprimées sur lesquelles sont montés divers composants électroniques 32 et 34 et est formé un convertisseur bien connu La plaque de base 3 pour circuit est placée étroitement et fixée sur le support 22 de base Dans cette situation de la plaque de base 3 pour circuit, les saillies extérieures 17 b et 18 b des sondes précitées 17 et 18 sont connectées par de la soudure à des bornes prévues sur la plaque de base 3 Par ailleurs, la plaque de base 4 pour circuit est montée, à l'aide de moyens de montage bien connus, sur un support (non représenté) prévu sur la surface circonférentielle extérieure de l'élément primaire précité 2. Ensuite, le capot précité 6 est posé comme montré sur les figures 1 et 2 et est fixé sur un support 24 de capot par une vis 35 de fixation Une matière d'étanchéité, destinée à rendre étanche à l'eau l'intérieur du capot, est appliquée sur les surfaces 36 de raccordement du capot 6 et du couvercle 5. On expliquera à présent le fonctionnement de l'élément primaire 1 à convertisseur Deux ondes en mode guide d'ondes, polarisées verticalement et polarisées horizontalement, entrent dans l'élément primaire 1 En l'occurrence, ces ondes sont introduites à travers le cornet 9 dans le guide d'ondes circulaire 10 dans le convertisseur mode coaxial-mode guide d'ondes 8 Puis un signal électrique en mode coaxial est obtenu dans la saillie intérieure 17 a de la sonde 17 à partir de l'onde polarisée verticalement, en mode guide d'ondes, faisant partie de ces deux ondes Le signal atteint la saillie extérieure 17 b par la partie 17 c de liaison Par ailleurs, un autre signal électrique en mode coaxial est obtenu dans la saillie intérieure 18 a de la sonde 18 à partir de l'onde polarisée horizontalement, en mode guide d'ondes, faisant partie de ces deux ondes Le signal atteint la saillie extérieure 18 b en passant par la partie 18 c de liaison Chacun des signaux atteignant les saillies extérieures respectives 17 b et 18 b est envoyé à la plaque de base 3 pour circuit o une conversion de fréquence et d'autres traitements des signaux sont effectués d'une manière bien connue Les signaux de sortie sont obtenus à partir de bornes de sortie (non représentées) dans l'élément primaire 1 équipé d'un convertisseur. Lorsque les signaux en mode coaxial sont obtenus par le convertisseur mode coaxial-mode guide d'ondes 8 à partir des ondes polarisées verticalement et des ondes polarisées horizontalement, respectivement, dans l'opération mentionnée ci-dessus, le convertisseur 8 de la présente forme de réalisation présente les avantages suivants Ainsi, le convertisseur 8 de cette forme de réalisation est pourvu de la tige conductrice 14 et, en outre, les sondes 17 et 18 sont disposées de la manière décrite précédemment Par conséquent, les signaux électriques peuvent être obtenus, avec un affaiblissement d'insertion moindre, dans les saillies extérieures 17 b et 18 b des sondes 17 et 18 En outre, le signal présent dans chacune des saillies extérieures 17 b et 18 b des sondes 17 et 18 peut être obtenu avec un rapport de discrimination plus élevé des ondes polarisées croisées. Le convertisseur mode coaxial-mode guide d'ondes mentionné ci-dessus peut être utilisé à des fins de transmis- sion Dans ce cas, des signaux en mode coaxial sont appliqués35 aux sondes 17 et 18 Ces signaux sont ensuite convertis en ondes polarisées verticalement et polarisées horizontalement, en mode guide d'ondes, respectivement, et les ondes rayonnent depuis l'ouverture 1 l à travers le cornet 9 dans l'espace situé en avant du cornet. On traitera à présent des dimensions de la tige conductrice 14, des longueurs des saillies intérieures 17 a et 18 a des sondes 17 et 18 et de l'établissement de la distance entre les saillies et la paroi 12 de mise en court-circuit. Tout d'abord, la longueur des saillies intérieures 17 a et 18 a des sondes 17 et 18 est réalisée de façon à être égale, par exemple, à environ un cinquième de la longueur d'ondes X dans le vide d'une onde dans la bande de fréquences traitée Cette longueur peut être établie de façon à être égale à une valeur arbitraire comprise entre un sixième et un quart de la longueur d'onde A en choisissant soit un diamètre plus grand, soit un diamètre plus petit pour les saillies intérieures 17 a et 18 a Par ailleurs, le diamètre d de la tige conductrice 14 est choisi de façon à être égal, par exemple, à un quart du diamètre intérieur D du guide d'ondes circulaire 10 afin que l'impédance sur le côté du guide d'ondes circulaire 10 puisse être bien adaptée à l'impédance sur le côté des sondes 17 et 18 Ce diamètre d peut être plus petit ou plus grand pourvu que la tige conductrice 14 ne soit pas en contact avec les sondes 17 et 18 Après que le diamètre d de la tige con- ductrice 14 a été déterminé de la manière mentionnée ci- dessus, la distance Ll entre les sondes 17 et 18 et la paroi 12 de mise en court-circuit est établie Lorsque le diamètre d de la tige conductrice 14 est égal à un quart du diamètre intérieur du guide d'ondes circulaire 10, un sixième de la longueur d'onde A est choisi en tant que norme de la longueur LI Cependant, lorsque le diamètre d est plus grand, la distance LI peut être diminuée jusqu'à une valeur aussi petite, par exemple, qu'environ un neuvième de la longueur d'onde A Par ailleurs, lorsque le diamètre d est plus petit, la distance Ll peut être augmentée jusqu'à une valeur aussi grande qu'environ un tiers de la longueur d'onde A Après que la distance Li a été établie de la manière décrite ci-dessus, on établit la longueur L 2 de la tige conductrice 14 Cette longueur L 2 est choisie de façon que la distance L 3 entre l'extrémité de la tige conductrice 14 du côté de l'ouverture 11 et l'intersection de l'axe de la tige conductrice 14 et du plan contenant 1 S axes des sondes 17 et 18 puisse être d'un quart de la longueur d'onde A Autrement dit, la longeur L 3 est établie de façon à être égale à la somme de la distance LI et d'un quart de la longueur d'onde A. A présent, on donnera dans le tableau suivant plusieurs exemples définis avec différentes valeurs des dimensions mentionnées ci-dessus, et les caractéristiques d'affaiblissement d'insertion, les caractéristiques du rapport de discrimination d'ondes polarisées croisées et les caractéristiques d'affaiblissement de retour dans ces exemples sont montrées sur les figures 5, 6 et 7, respec- tivement. TABLEAU Exemples d (mm) LI (mm) L 3 (mm) définis 1 3,04 5,41 ( 1/4,6) 6,60 (X/3,8) 2 3,95 4,16 ( 1/6,0) 6,61 (X/3,8) 3 4,76 3,40 ( 1/7,4) 6,60 ( 1/3,8) 4 3,95 4,16 (X/6,0) 13,00 ( 1/2,O) 3,95 4,16 ( 1/6,0) 19,28 ( 1/1,3) Sur la figure 5, la valeur étalon d'affaiblisse- ment d'insertion pour juger de l'acceptation ou du rejet des produits est, par exemple, de 0,4 d B et les affaiblissements d'insertion plus faibles dans les exemples définis 1, 2 et 3 satisfont la valeur de référence Sur la figure 6, la valeur40 de référence pour juger du rapport de discrimination des ondes polarisées croisées est, par exemple, de 20 d B et les rapports plus grands dans les exemples définis 1, 2, 3 et 5 satisfont la valeur de référence Sur la figure 7, la valeur de référence pour juger de l'affaiblissement de retour est, par exemple, de 17 d B et les affaiblissements plus grands dans les exemples définis 1, 2 et 3 satisfont la valeur de référence. A présent, la figure 8 montre une forme de réalisation différente de l'invention, c'est-à-dire une forme de réalisation dans laquelle une tige conductrice 14 e est formée d'une seule pièce avec un élément conique 37 d'adapta- tion Lorsque l'élément d'adaptation de ce type est prévu, le rendement de conversion du mode guide d'ondes au mode coaxial est élevé dans le cas d'une réception d'ondes De plus, le rendement de conversion du mode coaxial au mode guide d'ondes est élevé dans le cas d'une émission d'ondes Des éléments qui sont considérés comme identiques ou d'une réalisation équivalente à celle des éléments des figures précédentes portent les mêmes références numériques suivies de la lettre e, et ils ne seront pas de nouveau décrits (Les éléments de ce type sur les figures suivantes portent également les mêmes références numériques suivies de la lettre f et ils ne seront pas de nouveau décrits). A présent, les figures 9 et 10 montrent une forme de réalisation dans laquelle un convertisseur 38 d'ondes polarisées circulairementlinéairement est connecté au côté avant d'un convertisseur mode coaxialmode guide d'ondes 8 f de façon qu'une onde polarisée circulairement puisse être reçue Le convertisseur 38 comprend un guide d'ondes 40 réalisé d'une seule pièce avec un guide d'ondes circulaire f dans un convertisseur 8 f Une plaque 41 de différence de phase est prévue à l'intérieur du guide d'ondes 40 Pendant que l'onde polarisée circulairement traverse le guide d'ondes , une différence de phase apparaît entre les composantes de l'onde polarisée circulairement dont les plans de polarisa- tion sont perpendiculaires à la plaque 41 de différence de phase et celles dont les plans de polarisation lui sont parallèles La longueur de la plaque 41 de différence de phase (la longueur dans la direction axiale du guide d'ondes 40) est établie de façon à être égale à une valeur telle que la différence de phase est de 900 La plaque 41 de différence de phase est fine par deux de ses bords qui sont logés dans des fentes 42 et 42 formées dans la paroi du guide d'ondes 40. Dans le convertisseur réalisé de cette manière, une onde polarisée circulairement à droite, dirigée vers le convertisseur 38, est convertie en une onde polarisée verticalement tandis que l'onde polarisée circulairement passe à travers le convertisseur 38 Cette onde entre dans le convertisseur mode coaxial-mode guide d'ondes 8 f et un signal électrique est capté par une sonde 17 f Par ailleurs, une onde polarisée circulairement à gauche entrant dans le convertisseur 38 est convertie en une onde polarisée horizon- talement Cette onde entre dans le convertisseur 8 f et un signal électrique est capté par une sonde 18 f. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au convertisseur décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Convertisseur mode coaxial mode-guide d'ondes, caractérisé en ce qu'il comporte un guide d'ondes circulaire ( 10) formé de façon à présenter, à une première de ses extrémités, une ouverture ( 11) destinée à l'introduction d'ondes magnétiques et fermé, à son autre extrémité, par une paroi ( 12) de mise en court-circuit, et deux sondes ( 17, 18) destinées à capter des signaux électriques respectifs en mode coaxial à partir d'ondes polarisées verticalement et d'ondes polarisées horizontalement, respectivement, qui ont été introduites dans le guide d'ondes, une tige conductrice ( 14) étant reliée, par l'une de ses extrémités, à la paroi de mise en court-circuit de façon que la tige puisse être disposée sur l'axe du guide d'ondes circulaire, les deux sondes étant disposées sur un plan perpendiculaire à l'axe du guide d'ondes circulaire afin que les axes des sondes respectives puissent se couper à angle droit sur l'axe du guide d'ondes circulaire. 2 Convertisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un élément d'adaptation conique ( 37) est fixé à l'autre extrémité de la tige conductrice ( 14 e). 3 Convertisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le guide d'ondes circulaire est formé de façon à présenter, sur sa surface circonférentielle extérieure, un support plat pour une plaque de base ( 3 ou 4) pour circuit qui coupe chacun des plans de polarisation des ondes polarisées verticalement et des ondes polarisées horizontalement, sous un angle de 450.