Brevet FR2714480A1 — publié le 19950630

DISPOSITIF DE PROTECTION D'UN RECEPTEUR L'invention concerne les dispositifs qui permettent de protéger les récepteurs contre la réception de signaux de haute énergie qui pourraient les endommager, notamment dans le cas de récepteurs de signaux radars qui sont associés à des émetteurs fournissant des impulsions haute fréquence de valeur crête élevée. Dans les radars, cette protection est habituellement obtenue par des tubes à gaz disposés dans les voies de réception. Ces tubes s'allument lorsque le signal reçu a une valeur supérieure à un certain seuil déterminé et réalisent des court-circuits qui réfléchissent le signal reçu et ce dernier ne peut atteindre le récepteur. Par contre, lorsque le signal reçu est inférieur au seuil, les tubes restent éteints et le signal se propage vers le récepteur. Ces tubes à gaz présentent un certain nombre d'inconvénients parmi lesquels on citera un temps de réponse assez long; c'est ainsi qu'ils mettent un certain temps à s'allumer de sorte qu'ils laissent passer vers le récepteur une pointe d'énergie importante; également, après une impulsion d'émission qui les a allumés, ils mettent un temps non négligeable à s'éteindre et empêchent donc la réception des signaux utiles. Un autre inconvénient est que leurs caractéristiques varient au cours du temps et qu'ils deviennent alors inopérants après un certain temps de fonctionnement. Enfin, leur fenêtre d'entrée, généralement en verre, limite la puissance moyenne à appliquer. Il faut alors faire appel à d'autres composants placés en amont, tel qu'un limiteur à ferrite. Le but de la présente invention est donc de réaliser un dispositif de protection d'un récepteur qui a un temps de réponse court aussi bien en début du signal reçu 5 qu'après la fin de ce dernier. Un autre but de la présente invention est de réaliser un dispositif de protection d'un récepteur qui peut supporter des puissances importantes et ne rend donc pas nécessaire l'usage de composants supplémentaires.10 Un autre but de la présente invention est de réaliser un dispositif de protection d'un récepteur dont la durée de vie est pratiquement illimitée. L'invention se rapporte au dispositif de protection d'un récepteur de signaux hyperfréquence contre les signaux15 haute énergie, caractérisé en ce qu'il comprend un guide circulaire à l'intérieur duquel débouchent au moins trois lignes coaxiales ou "stubs": - une première ligne coaxiale dans laquelle sont montées des diodes de limitation et qui est disposée dans un premier plan transversal du guide circulaire, - une deuxième ligne coaxiale dans laquelle est montée une charge absorbante et qui est disposée dans un deuxième plan transversal du guide circulaire, séparé du premier plan transversal par une distance d dans le sens de propagation des ondes hyperfréquence, - une troisième ligne coaxiale dite de compensation qui est disposée dans le premier plan transversal et symétriquement à la première ligne coaxiale par rapport à un plan axial du guide circulaire passant par la deuxième ligne coaxiale. De préférence, chaque ligne coaxiale ou stub est doublée par une deuxième ligne coaxiale du même type qui est disposée diamétralement par rapport à la première dans le même plan transversal. Le dispositif de protection le plus simple comprend un premier plan transversal et un deuxième plan transversal contenant les lignes coaxiales décrites ci-dessus et la distance d séparant ces deux plans n'est pas critique mais est en général inférieur à un quart de longueur d'onde de groupe. Pour améliorer la protection, l'invention propose d'arranger une succession de premier et deuxième plans transversaux contenant chacun les lignes coaxiales décrites ci-dessus, les premiers plans transversaux ainsi que les deuxièmes plans transversaux étant séparés entre eux par une distance égale à un nombre entier impair de quarts de longueur d'onde de groupe. De manière plus précise, le guide circulaire est en général excité en mode TE 11 et il en résulte que les lignes coaxiales avec diodes de limitation sont, dans le plan transversal, inclinées à 45' par rapport à la direction du champ électrique. Enfin, les diodes de limitation sont disposées à une distance de la périphérie du guide circulaire égale à un nombre entier de demi- longueurs d'onde des signaux hyperfréquence. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un exemple particulier de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif de protection d'un récepteur selon l'invention. - la figure 2 est une vue en coupe transversale suivant la ligne II-II de la figure 1, et - la figure 3 est une vue en coupe transversale suivant la ligne III-III de la figure 1. Comme le montre la figure 1, un dispositif de protection d'un récepteur comprend essentiellement un guide circulaire central 1 dans lequel s'effectue la protection grâce à un certain nombre d'éléments qui seront décrits ci-après en relation avec les figures 2 et 3. S'agissant d'un guide circulaire alors que le signal reçu est transmis, par exemple, par un guide rectangulaire (non représenté), il est nécessaire d'intercaler une section de transition entre les deux, qui porte la référence 2 du côté de l'entrée du dispositif 10 et la référence 3 du côté de la sortie en direction du récepteur à protéger. L'assemblage entre les différents éléments de transmission est par exemple réalisé par des systèmes à colliers référencés 4. Les éléments qui réalisent la protection comprennent des lignes coaxiales réparties sur le pourtour du guide circulaire 1 et disposées dans plusieurs plans transversaux successifs. Ces lignes coaxiales, plus connues sous le nom anglo-saxon de "stubs", peuvent être groupées en trois fonctions particulières. Certaines, référencées 5, ont pour but de réaliser des court-circuits et comportent des diodes dites de limitation; d'autres, référencées 6, ont pour but d'absorber la puissance reçue et comportent des charges; enfin, les troisièmes, référencées 7, ont pour but de compenser les dissymétries introduites par les lignes avec diodes. Sur la figure 1, ces lignes coaxiales sont disposées dans trois paires de plans transversaux successifs, le premier plan de chaque paire (figure 2) contenant deux lignes coaxiales à diodes et deux lignes coaxiales de compensation et le deuxième plan de chaque aire (figure 3) contenant deux lignes coaxiales avec charges. Les plans d'une paire de stubs avec diode (premiers plans) sont séparés du suivant par une distance axiale qui est égale à un nombre entier impair de bg/4 (bg est la longueur d'onde de groupe) et il en est de même de la distance axiale entre les plans contenant des lignes coaxiales avec charges (deuxièmes plans). Par ailleurs, le deuxième plan de chaque paire de plans transversaux est séparé du premier plan par une distance d qui n'est pas critique mais qui est en général inférieure à un quart de longueur d'onde du groupe. Cette distance n'est pas critique, car le but des lignes coaxiales avec charges contenues dans un plan est, comme on l'expliquera ci- après, d'absorber la composante du champ électrique créée par la perturbation introduite par la ligne coaxiale avec diodes en présence d'un signal de haute énergie. Bien entendu, l'homme de métier réglera expérimentalement cette distance d de manière a obtenir la meilleure absorption possible. Comme le montre la figure 2, qui est une vue en coupe transversale du guide circulaire 1 à l'emplacement des lignes coaxiales avec diodes de limitation et des lignes coaxiales de compensation, les lignes 8 et 9 avec diodes sont diamétralement opposées l'une à l'autre et il en est de même des lignes 11 et 12 dites de compensation entre elles. En outre, les diamètres ainsi définis sont inclinés de 45 par rapport à un plan diamétral du guide circulaire 1 passant par les lignes coaxiales avec charges 6 représentés en coupe sur la figure 3 et portant les références 13 et 14. Plus précisément, l'inclinaison de 45 des "stubs" est mesurée par rapport à la direction du champ électrique E matérialisé par les lignes de force 20. Ceci implique que le plan diamétral correspondant aux "stubs" avec charges est perpendiculaire aux lignes de force du champ électrique. Comme il est connu, chaque stub est une ligne coaxiale comprenant un conducteur central 15 entouré d'une enveloppe métallique 16 qui est séparée du conducteur 15 par un diélectrique. La ligne coaxiale a une extrémité ouverte 17 qui débouche à la périphérie du guide circulaire 1 et une extrémité 18 qui est fermée par un court-circuit. Afin que le court-circuit disposé à l'extrémité 18 ne perturbe pas la propagation des ondes hyperfréquence dans le guide circulaire 1 lorsque le signal hyperfrequence doit être transmis au récepteur, la longueur des "stubs" doit être égale à un multiple entier impair de b/4 si b est la longueur d'onde, de manière à ramener une grande impédance au niveau de la périphérie du guide circulaire. Chaque "stub" 8 et 9 comprend deux diodes référencées 21 et 22 pour le "stub" 8, chaque diode étant connectée entre l'enveloppe extérieure 16 et le conducteur central 15. Ainsi, l'anode de la diode 22 est connectée à l'enveloppe extérieure tandis que sa cathode est connectée au conducteur central. Ce montage est inversé pour la diode 27. Ces diodes sont disposées à une distance b/2 de l'extrémité 17 ou à un multiple entier de b/2. Dans le cas des stubs 13 et 14, des charges 23 et 24 (figure 3) absorbent l'énergie hyperfréquence.Les "stubs" de compensation 11 et 12 ne comportent aucun arrangement particulier et sont aussi identiques que possible aux "stubs" 8 et 9 à l'exception des diodes de limitation, de manière à compenser à bas niveau l'effet perturbateur introduit par les stubs 8 et 9. Le fonctionnement du dispositif de protection d'un récepteur selon l'invention est alors le suivant. La section de transition 2 permet de passer du guide rectangulaire à un guide circulaire 1 qui est excité en mode TEll. Lorsque l'énergie de l'onde hyperfréquence qui se propage dans le guide 1 est inferieure à un certain niveau, ce mode se propage sans perturbation jusqu'à l'extrémité du guide 1 o, par la section de 5 transition 3, il est transformé en mode de propagation de guide rectangulaire. Lorsque l'énergie de l'onde hyperfréquence dépasse un certain seuil, les diodes 21 et 22 deviennent conductrices et présentent une impédance faible c'est-à-dire qu'un court-circuit est10 ramené à l'entrée des "stubs" 8 et 9 branchés à 45 par rapport à la direction du champ électrique. Ces "stubs", court-circuités à leur entrée, perturbent la propagation du mode TEll et transforme la polarisation rectiligne en polarisation elliptique. Les charges 23 et 24 des "stubs" 13 et 14 absorbent la composante du champ électrique ayant subi une rotation. Le phénomène, qui vient d'être décrit succinctement, se répète à chaque paire de plans suivante de sorte que l'énergie hyperfréquence est de plus en plus absorbée par les charges des "stubs" 6 (figure 1) au fur et à mesure de sa propagation dans le guide circulaire 1. L'atténuation introduite par chaque paire de plans successifs dépend de la perturbation élémentaire due aux "stubs" 8 et 9 avec diodes de limitation ainsi que de l'énergie qui peut être absorbée par les charges. Comme cette perturbation élémentaire ainsi que l'absorption sont limitées, on est amené à disposer les différents "stubs" de manière à avoir des paires de plans successifs dont le nombre est suffisant pour obtenir l'atténuation globale requise. Le dispositif qui vient d'être décrit présente les avantages principaux suivants: - il permet de supporter une puissance importante en utilisant plusieurs plans successifs comportant les uns des lignes coaxiales avec diodes de limitation et des lignes coaxiales de compensation et les autres des lignes coaxiales avec charges; - l'énergie hyperfréquence qui se propage dans le guide circulaire est absorbée par les charges au lieu d'être réfléchie comme ce serait le cas de tubes à gaz disposés dans une ligne coaxiale de propagation; - la limitation est instantanée dès l'application d'un signal dépassant le seuil défini; - le temps de recouvrement est très court comparé à celui des tubes à gaz utilisés actuellement; - l'utilisation de diodes à l'état solide permet d'obtenir une durée de vie du dispositif plus longue que pour un dispositif avec des tubes à gaz. g REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection d'un récepteur de signaux hyperfréquence contre les signaux haute énergie, caractérisé en ce qu'il comprend un guide circulaire (1) à l'intérieur duquel débouchent au moins trois lignes coaxiales ou "stubs": - une première ligne coaxiale (8,9) dans laquelle sont montées des diodes de limitation (21, 22) et qui est disposée dans un premier plan transversal du guide circulaire (1), - une deuxième ligne coaxiale (13,14)dans laquelle est montée une charge absorbante (23,24) et qui est disposée dans un deuxième plan transversal du guide circulaire (1)séparé du premier par une distance d dans le sens de propagation des ondes hyperfréquence, - une troisième ligne coaxiale (12,11) dite de compensation qui est disposée dans le premier plan transversal et symétriquement à la première ligne coaxiale par rapport à un plan axial du guide circulaire (1) passant par la deuxième ligne coaxiale. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins six lignes coaxiales arrangées de manière que le premier plan transversal contient deux lignes coaxiales (8,9) avec diodes de limitation (21,22) diamétralement opposées et deux lignes coaxiales de compensation (11, 12) également diamétralement opposées tandis que le deuxième plan contient deux lignes coaxiales (13,14)avec charges (23,24) diamétralement opposées. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs premiers plans transversaux successifs contenant chacun au moins une ligne coaxiale (8,9) avec diodes de limitation (21,22) et au moins une ligne coaxiale de compensation (11, 12) et autant de deuxièmes plans transversaux contenant chacun au moins une ligne coaxiale (13,14) avec charge. 4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le guide circulaire 1 est excité en mode TE 11 et que les lignes coaxiales avec diodes de limitation sont, dans le plan transversal, inclinées à 45 par rapport à la direction du champ électrique. 5. Dispositif selon la revendication 1, 2, 3 ou 4 caractérisé en ce que la distance entre chaque premier plan transversal et chaque deuxième plan transversal est égal à un nombre entier impair de quarts de longueur d'onde de groupe des signaux hyperfréquence. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 5, caractérisé en ce que la longueur des lignes coaxiales est égale à un nombre entier impair de quarts de longueur d'onde des signaux hyperfréquence. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 6, caractérisé en ce que les diodes de limitation sont disposées à une distance de la périphérie du guide circulaire égale à un nombre entier de demi-longueurs d'onde des signaux hyperfréquence. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 7, caractérisé en ce que la distance d entre le premier plan transversal et le deuxième plan transversal qui le suit est inférieur à un quart de longueur d'onde de groupe des signaux hyperfréquence.