Brevet FR2722032A1 — publié le 19960105

DISPOSITIF DE COUPLAGE EN ANNEAU La présente invention concerne un dispositif de couplage en anneau notamment pour circuits micro-ondes. L'invention a également pour objet des dispositifs d'émission et de réception d'ondes életromagnétiques à polarisation circulaire mettant en oeuvre le dispositif de couplage. L'invention s'applique dans le domaine de la transmission d'informations par satellite et à la réception de ces informations. La figure 1 illustre un dispositif connu d'excitation d'une fente rayonnante 1, qui sert de feeder à une parabole de réception de signaux transmis par satellite. La fente rayonnante est située au point focal de la parabole et est réalisée sur une face d'un substrat n'apparaissant pas en soi sur la figure 1. La fente rayonnante est alimentée ici par deux lignes micro-ruban ("microstrip") 2 et 3, gravées sur la face opposée du circuit imprimé. Les deux lignes micro-ruban sont coplanaires, disposées à 900 I'une par rapport à l'autre et couplées electromagnétiquement à la fente rayonnante 1. Selon l'exemple de la figure 1, les lignes micro-ruban sont reliées à un coupleur hybride 4, aussi appelé coupleur en anneau hybride 90 degrés. Un tel coupleur, réalisé sur le même substrat que la fente rayonnante 1, est décrit en détail aux pages 259 à 264 de l'ouvrage "Les micro-ondes - 1: circuits, microrubans, fibres" par R. Badoual, éditions Masson, Paris 1983 (ISBN 2-225-80116-9). Le coupleur hybride possède quatre portes référencées respectivement 4a, 4b, 4c et 4d, reliés dans l'ordre 4a, 4b, 4d, 4c par des tronçons de micro-rubans de longueur sensiblement égale à k/4, où x est la longueur d'onde guidée. II permet d'introduire des déphasages de 900 pour l'obtention de polarisations circulaires dans le sens trigonométrique positif ou négatif. Ce déphasage est réalisé en faisant parcourir à l'onde deux chemins de longueurs différentes. Si un signal est présenté à la porte 4a, il parviendra à la porte 4c après un chemin de B/4 et en 4d après un chemin de B/2. L'onde en 4d sera donc en retard de 900 sur l'onde en 4c. Cette différence de phase générera, par addition de deux ondes polarisées linéairement et déphasées de 900, une onde polarisée circulairement dans le sens trigonométrique positif. Symétriquement, un signal en 4b permettra l'obtention d'une onde polarisée circulairement en sens trigonométrique négatif. Tous les tronçons n'ont pas la même largeur pour des raisons bien connues d'adaptation d'impédance. Bien entendu, le dispositif décrit fonctionne aussi bien en émission qu'en réception. Les portes 4a et 4b du coupleur hybride sont reliées à travers des lignes micro-ruban respectivement à des amplificateurs à faible bruit 5a et 5b. L'état passant ou non passant de ces deux amplificateurs est commandé de manière connue en soi par l'intermédiaire d'une tension continue donnée. Ainsi, il est possible de commuter entre les deux signaux obtenus aux deux portes 4a et 4b du coupleur hybride 4. Les porte de sortie des deux amplificateurs sont reliées par une jonction 6 menant vers le convertisseur de fréquence à faible bruit et des circuits annexes. L'isolation du reste du circuit par rapport à la tension de commande des amplificateurs 5a et 5b est obtenue en incluant des filtres dans les micro-bandes en aval et en amont des amplificateurs, notamment entre les amplificateurs et respectivement les deux portes 4a et 4b du coupleur hybride. La transmission du signal de part et d'autre de chaque filtre se fait par couplage des champs magnétiques et électriques. Un description théorique du couplage de lignes micro-ruban est faite notamment aux pages 265 à 285 de l'ouvrage mentionné cidessus. Un exemple de filtre utilisé est illustré à la figure 2. Chaque ligne micro-ruban de part et d'autre de la coupure possède une largeur X, puis sur un tronçon de longueur d, une largeur Y plus faible que X/2. La longueur d est de l'ordre du quart de la longueur d'onde guidée. Les deux lignes micro-ruban sont réalisées de façon à s'imbriquer, comme cela est illustré par la figure 2. La structure de couplage décrite possède les caractéristiques d'un filtre passe-bande. Les dimensions X, Y et d sont optimisées de façon connue par ailleurs. La figure 1 montre la disposition des filtres 7a à 7d en aval et en amont des amplificateurs 5a et 5b. Le dispositif décrit ci-dessus nécessite l'emploi de longueurs de lignes micro-ruban au niveau des structures de couplage 7c et 7d. Ces longueurs supplémentaires ont pour désavantage d'augmenter les dimensions du substrat qui les supporte, et de diminuer le rapport signal/bruit de l'antenne. L'invention a pour but de proposer une structure qui réduit les désavantages cités ci-dessus. L'invention a pour objet un dispositif de couplage en anneau à lignes micro-ruban possédant des portes d'entrée et de sortie reliées par au moins deux tronçons de lignes micro-ruban, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'isolation des composantes continues présentes au niveau d'au moins deux portes, lesdits moyens étant situés dans au moins deux desdits tronçons. Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif comporte deux portes d'entrée et deux portes de sortie, lesdites portes étant reliées en anneau dans cet ordre par des tronçons de lignes micro-ruban, chaque tronçon étant destiné à introduire un déphasage de s/2, ledit dispositif comportant au niveau des tronçons des moyens d'isolation des composantes continues de tension présentes au niveau d'au moins deux portes. Selon un mode de réalisation particulier, lesdits moyens d'isolation comprennent au moins une coupure dans au moins un tronçon. Selon un mode de réalisation particulier, lesdits moyens d'isolation comprennent un filtre passe-bande sensiblement centré sur la fréquence d'utilisation. Selon un mode de réalisation particulier, ladite coupure est réalisée par couplage électromagnétique de deux lignes micro-ruban dont les extrémités orientées en sens inverse sont parallèles et séparées par une distance donnée sur une longueur approximative de k/4. Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif conforme à l'invention comporte quatre portes disposés en anneau de la première à la quatrième porte, les tronçons entre la première et la seconde porte d'une part et la troisième et quatrième porte d'autre part comportant deux segments de lignes micro-ruban couplées sur une longueur sensiblement égale à k/4, les deux autres tronçons reliant la première porte à la quatrième porte d'une part et la seconde porte à la troisième porte d'autre part étant constitués par des lignes micro-ruban non interrompues, les circuits connectés à la première porte et ceux connectés à la seconde porte étant isolées du point de vue de la tension continue, les circuits connectés à la troisième porte et ceux connectés à la quatrième porte étant également isolés du point de vue de la tension continue. Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif conforme à l'invention comporte quatre portes disposés en anneau de la première à la quatrième porte, les tronçons entre la première et la seconde porte, entre la seconde et la troisième porte et entre la première et la quatrième porte comportant chacun deux segments de lignes micro-ruban couplées sur une longueur sensiblement égale à k/4, le tronçon reliant la troisième porte à la quatrième porte comprenant une ligne micro-ruban non interrompue, les circuits connectés à la première porte et ceux connectés à la seconde porte étant isolées du point de vue de la tension continue. L'invention a aussi pour objet un dispositif de réception et/ou d'émission d'ondes electromagnétiques à polarisation circulaire comprenant une antenne alimentée par deux moyens d'excitation reliés respectivement à deux lignes micro-ruban guidant respectivement une onde electromagnétique et la même onde déphasée de z/2, caractérisé en ce que le déphasage est obtenu par l'intermédiaire d'un coupleur en anneau comportant quatre portes disposées en anneau de la première à la quatrième porte, les tronçons entre la première et la seconde porte d'une part et la troisième et quatrième porte d'autre part comportant deux segments de lignes micro-ruban couplées sur une longueur sensiblement égale à B/4, les deux autres tronçons reliant la première porte à la quatrième porte d'une part et la seconde porte à la troisième porte d'autre part étant constitués par des lignes micro-ruban non interrompues, les deux lignes micro-ruban reliées aux moyens d'excitation étant reliées respectivement aux troisième et quatrième portes, lesdits moyens d'excitation n'étant pas connectés entre eux. Selon un mode de réalisation particulier, les première et seconde portes sont connectées chacune à un amplificateur à faible bruit, I'état passant de chacun des amplificateurs étant commandé par une tension continue, les sorties des amplificateurs étant connectés à travers des moyens d'isolation de tension continue à l'entrée d'un convertisseur de fréquence à faible bruit. Selon un mode de réalisation particulier, L'antenne est une fente annulaire formée sur une face d'un substrat, L'autre face du substrat comportant deux lignes micro-ruban faisant partie des moyens d'excitation, lesdites lignes micro-ruban étant disposées à angle droit l'une par rapport à l'autre, et pénétrant à angle droit dans le périmètre de la fente. L'invention a aussi pour objet un dispositif de réception et/ou d'émission d'ondes electromagnétiques à polarisation circulaire comprenant un guide d'onde alimenté par deux sondes reliées respectivement à deux lignes micro-ruban guidant respectivement une onde electromagnétique et la même onde déphasée de 7t/2, caractérisé en ce que le déphasage est obtenu par l'intermédiaire d'un coupleur en anneau comportant quatre portes disposées en anneau de la première à la quatrième porte, les trois tronçons respectivement entre la première et la seconde porte, entre la seconde et la troisième porte et entre la première et la quatrième comportant deux segments de lignes micro ruban couplées sur une longueur sensiblement égale à B/4, le tronçon reliant la troisième porte à la quatrième porte comprenant une ligne micro-ruban non interrompue, les circuits connectés à la première porte et ceux connectés à la seconde porte étant isolées du point de vue de la tension continue, les deux lignes micro-ruban reliées aux sondes étant reliées respectivement aux troisième et quatrième portes, lesdites sondes étant connectées. L'invention a aussi pour objet un dispositif de couplage en anneau à lignes micro-ruban possédant des portes d'entrée et de sortie reliées par au moins deux tronçons de lignes micro-ruban, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte une coupure dans au moins deux desdits tronçons. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à travers la description d'un exemple de réalisation particulier non limitatif explicité à l'aide des figures jointes parmi lesquelles: la figure 1, déjà décrite, représente le schéma d'un dispositif de couplage entre une antenne et un circuit à lignes micro-ruban, la figure 2, déjà décrite, représente une structure de couplage dans une ligne micro-ruban, la figure 3 représente le schéma d'un premier mode de réalisation et de la mise en oeuvre d'un coupleur en anneau conforme à l'invention, la figure 4 représente le schéma d'un second mode de réalisation et de la mise en oeuvre d'un coupleur en anneau conforme à l'invention, les figures 5 et 6 représentent schématiquement les coupleurs en anneau des deux exemples de réalisation. Sur les figures, les mêmes éléments portent les mêmes références. Le premier exemple de réalisation concerne une configuration d'éléments similaire à celle de la figure 1. On est toujours en présence d'une fente rayonnante 1, alimentée par deux lignes micro-ruban 2 et 3 disposées à 90 degrées dans un même plan. Les deux extrémités des lignes micro-ruban pénètrent d'environ B/4 au delà du périmètre de la fente 1. Les extrémités sont recourbées de façon à éviter un couplage excessif entre les deux lignes. II n'y a donc pas de contact entre les deux lignes micro-ruban. Les lignes sont donc isolées en ce qui concerne la composante continue de tension. Les lignes micro-ruban 2 et 3 sont reliées respectivement aux portes 10c et 10d du coupleur en anneau conforme au premier exemple de réalisation de l'invention. Les portes 10c et 10d sont arbitrairement appelées portes de sortie dans ce qui suit. Les portes d'entrée 10a et 10b du coupleur en anneau sont reliées directement aux amplificateurs à faible bruit 5a et 5b, à travers des tronçons ininterrompus de lignes micro-bande. Les amplificateurs sont commandés comme précédemment par l'intermédiaire de tensions continues. Conformément au présent exemple de réalisation, le coupleur en anneau comporte deux tronçons aménagés en filtres passe-bande. II s'agit ici des deux tronçons situés respectivement entre les portes 10a et 10b et les portes 10c et 10d. Ces filtres sont en soi similaires à celui de la figure 2, avec une longeur de couplage approximativement égale à X /4, Un couplage maximal est obtenu pour la fréquence de résonance correspondante. Le terme "approximativement" est utilisé parce que la longueur d'onde de l'onde electromagnétique varie avec le milieu de propagation. Une coupure dans une ligne micro-bande introduit ainsi une perturbation du point de vue de cette longueur d'onde. Du point de vue de la tension continue, il y a ainsi une isolation entre les deux amplificateurs 5a et 5b. Le second exemple de réalisation s'adresse à une configuration d'antenne différente, illustrée par la figure 4 et décrite dans la demande de brevet EP 350 324.. Un guide d'onde 1 1 vu en coupe transversale est alimenté par deux sondes coplainaires 12 et 13 en contact avec une pastille conductrice de forme carrée 14. Les sondes et la pastille sont gravées sur une face d'un substrat qui traverse transversalement de guide d'onde. Les sondes 11 et 1 2 sont constitués par les extrémités de lignes micro-ruban 15 et 16, qui pénètrent à l'intérieur du guide d'onde 1 1 par des orifices sans toucher la paroi du guide, qui quant à elle est reliée à la masse. Les lignes micro-ruban 15 et 16 sont reliées respectivement aux sorties 19c et 19d d'un coupleur en anneau 19. Les entrées 19a et 19b du coupleur en anneau sont reliées directement à des amplificateurs à faible bruit 5a et 5b. Selon ce second mode de réalisation de l'invention, le coupleur en anneau comporte trois tronçons munis de moyens d'isolation de la tension continue sous forme de filtres passe-bande. Les deux tronçons latéraux allant respectivement de l'entrée 19a à la sortie 19c et de l'entrée 19b à la sortie 19d, ainsi que le tronçon reliant les deux portes d'entrée 19a et 19b du coupleur 19. Comme dans l'exemple précédent, les deux amplificateurs sont isolés en ce qui concerne la tension continue. Pour plus de clarté, les figures 5 et 6 représentent les deux coupleurs en anneau 10 et 19 extraits des circuits des figures 3 et 4 L'invention ne se limite pas à l'utilisation d'un filtre passebande tel de décrit ci-dessus pour éliminer une composante continue de tension, même s'il s'agit là du mode de réalisation préféré de l'invention, les branches des coupleurs en anneau décrits dans les exemples de réalisation possédant une longueur de k/4, ce qui correspond à la longueur des filtres passe-bande également décrits dans les exemples. Selon une variante de réalisation de l'invention, I'isolation en ce qui concerne la composante continue de tension peut aussi se faire avec une simple coupure transversale d'un tronçon de ligne micro-bande. Une telle coupure équivaut à l'introduction d'une capacité en série dans le circuit. Enfin, les deux coupleurs en anneau 10 et 19 présentent des coupures symétriques vis-à-vis des signaux entrants et sortants. Bien qu'une telle symétrie soit préférable, une structure dissymétrique peut éventuellement être envisagée. En ce qui concerne le coupleur 19, on prévoit selon un mode de réalisation supplémentaire une coupure entre les portes 19a et 19b, ainsi qu'entre les portes 19a et 19c. REVENDICATIONS 1. Dispositif de couplage en anneau (4) à lignes micro-ruban possédant des portes d'entrée et de sortie (4a, 4b, 4c, 4d) reliées par au moins deux tronçons de lignes micro-ruban, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'isolation (9a, 9b) des composantes continues présentes au niveau d'au moins deux portes, lesdits moyens étant situés dans au moins deux desdits tronçons. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte deux portes d'entrée (4a, 4b) et deux portes de sortie (4d, 4c), lesdites portes étant reliées en anneau dans cet ordre par des tronçons de lignes micro-ruban, chaque tronçon étant destiné à introduire un déphasage de 7r/2, ledit dispositif comportant au niveau des tronçons des moyens d'isolation (9a, 9b) des composantes continues de tension présentes au niveau d'au moins deux portes. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens d'isolation comprennent au moins une coupure (9a, 9b) dans au moins un tronçon. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens d'isolation comprennent un filtre passe-bande (9a, 9b) sensiblement centré sur la fréquence d'utilisation. 5. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que ladite coupure est réalisée par couplage électromagnétique de deux lignes micro-ruban dont les extrémités orientées en sens inverse sont parallèles et séparées par une distance donnée sur une longueur approximative de A/4. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte quatre portes (10a, 10b, 10d, 10c) disposées en anneau de la première (10a) à la quatrième porte (10c) , les tronçons entre la première (10a) et la seconde porte (lOb) d'une part et la troisième (10d) et quatrième porte (10c) d'autre part comportant deux segments de lignes micro-ruban couplées sur une longueur sensiblement égale à A/4, les deux autres tronçons reliant la première porte (10a) à la quatrième porte (10c) d'une part et la seconde porte (10b) à la troisième porte (10d) d'autre part étant constitués par des lignes micro-ruban non interrompues, les circuits connectés à la première porte (10a) et ceux connectés à la seconde porte (10b) étant isolés du point de vue de la tension continue, les circuits connectés à la troisième porte (10d) et ceux connectés à la quatrième porte (10c) étant également isolés du point de vue de la tension continue. 7. Dispositif selon l'une des revedications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte quatre portes disposées en anneau de la première à la quatrième porte (19a, 19b, 19d, 19c), les tronçons entre la première et la seconde porte, entre la seconde et la troisième porte et entre la première et la quatrième porte comportant chacun deux segments de lignes micro-ruban couplées sur une longueur sensiblement égale à B/4, le tronçon reliant la troisième porte à la quatrième porte comprenant une ligne micro-ruban non interrompue, les circuits connectés à la première porte (10a) et ceux connectés à la seconde porte (10b) étant isolés du point de vue de la tension continue. 8. Dispositif de réception et/ou d'émission d'ondes electromagnétiques à polarisation circulaire comprenant une antenne (1) alimentée par deux moyens d'excitation (2,3) reliés respectivement à deux lignes micro-ruban guidant respectivement une onde electromagnétique et la même onde déphasée de 7t/2, caractérisé en ce que le déphasage est obtenu par l'intermédiaire d'un coupleur en anneau (10) comportant quatre portes disposées en anneau de la première à la quatrième porte (1àa, 10b, 10c, 10d), les tronçons entre la première et la seconde porte d'une part et la troisième et quatrième porte d'autre part comportant deux segments de lignes micro-ruban couplées sur une longueur sensiblement égale à X/4, les deux autres tronçons reliant la première porte à la quatrième porte d'une part et la seconde porte à la troisième porte d'autre part étant constitués par des lignes micro-ruban non interrompues, les deux lignes micro-ruban reliées aux moyens d'excitation (2,3) étant reliées respectivement aux troisième et quatrième portes, lesdits moyens d'excitation (2,3) n'étant pas connectés entre eux. 9. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les première et seconde portes (lova, lOb) sont connectées chacune à un amplificateur à faible bruit (5a, 5b), l'état passant de chacun des amplificateurs étant commandé par une tension continue, les sorties des amplificateurs étant connectés à travers des moyens d'isolation de tension continue (7a, 7b) à l'entrée d'un convertisseur de fréquence à faible bruit. 10. Dispositif selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que l'antenne (1) est une fente annulaire formée sur une face d'un substrat, l'autre face du substrat comportant deux lignes micro-ruban faisant partie des moyens d'excitation (2,3), lesdites lignes micro-ruban étant disposées à angle droit 1 une par rapport à l'autre, et pénétrant à angle droit dans le périmètre de la fente. 11. Dispositif de réception et/ou d'émission d'ondes electromagnétiques à polarisation circulaire comprenant un guide d'onde (11) alimenté par deux sondes (12, 13) reliées respectivement à deux lignes micro-ruban (15, 16) guidant respectivement une onde electromagnétique et la même onde déphasée de 2/2, caractérisé en ce que le déphasage est obtenu par l'intermédiaire d'un coupleur en anneau (19) comportant quatre portes disposées en anneau de la première à la quatrième porte (19a, 19b, 19d, 19c), les trois tronçons respectivement entre la première et la seconde porte, entre la seconde et la troisième porte et entre la première et la quatrième comportant deux segments de lignes micro-ruban couplées sur une longueur sensiblement égale à k/4, le tronçon reliant la troisième porte à la quatrième porte comprenant une ligne micro-ruban non interrompue, les circuits connectés à la première porte et ceux connectés à la seconde porte étant isolées du point de vue de la tension continue, les deux lignes micro-ruban reliées aux sondes étant reliées respectivement aux troisième et quatrième portes lesdites sondes étant connectées (14). 12. Dispositif de couplage en anneau (4) à lignes micro-ruban possédant des portes d'entrée et de sortie (4a, 4b, 4c, 4d) reliées par au moins deux tronçons de lignes micro-ruban, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte une coupure (9a, 9b) dans au moins deux desdits tronçons.