Brevet FR2907600A1 — publié le 20080425

Procédé de couplage à bande de fonctionnement moyenne à large jonction à mode orthogonal et coupleur mettant en oeuvre ledit procédé DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un procédé de couplage et un coupleur mettant en oeuvre ledit procédé pour séparer des bandes à double polarisation se propageant par exemple dans une antenne-cornet. io ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Dans le domaine des antennes radio-fréquences, il est bien connu d'utiliser des coupleurs de jonction à mode orthogonal dits OMJ suivant l'acronyme anglo-saxon Ortho-Mode Junctions pour séparer des bandes à double polarisation. 15 Pour les bandes de fréquences de fonctionnement moyennes à larges, ces coupleurs de jonction à mode orthogonal sont classiquement constitués d'une section d'alimentation du guide d'onde comprenant des points d'alimentation orthogonaux placés le long de l'axe du coupleur, lesdits points étant décalés le long de l'axe du coupleur. Les points d'alimentation sont généralement réalisés au moyen de fiches, 20 de rainures ou par tout autre moyen équivalent bien connu de l'Homme du Métier. Ce type de coupleurs présente l'inconvénient de procurer une mauvaise isolation entre les différents ports d'entrée des points d'alimentation qui sont proches les uns des autres. De plus, ce type de coupleurs présente une asymétrie qui procure une 25 dégradation de la pureté du réseau modal due à l'excitation de modes d'ordre supérieur. Afin de compenser le couplage apparaissant entre les différents ports d'entrée de ces coupleurs, il est bien connu d'utiliser un circuit de compensation extérieur assurant l'alimentation des ports d'entrée. Toutefois, ces circuits de compensation ne 30 permettent pas de supprimer toutes les erreurs. 2907600 2 BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION L'un des buts de l'invention est donc de remédier à tous ces inconvénients en proposant un procédé de couplage et un coupleur mettant en oeuvre ledit procédé 5 procurant un faible couplage entre les ports pour des bandes de fréquences moyennes à larges sans nécessiter un circuit de compensation extérieur. Conformément à l'invention, il est proposé un procédé de couplage à moyenne et large bande de jonction à mode orthogonal d'un guide d'onde à la longueur d'onde À, ledit procédé étant remarquable en ce qu'il consiste à alimenter de manière capacitive une structure conductrice solidaire du guide d'onde au moyen d'une fiche faisant saillie à l'intérieur du guide d'onde et s'étendant entre un court circuit dudit guide d'onde et la structure conductrice. Un autre objet concerne un coupleur à moyenne et large bande de jonction à mode orthogonal d'un guide d'onde à la longueur d'onde À remarquable en ce qu'il comporte une fiche faisant saillie du guide d'onde et s'étendant entre un court circuit du guide d'onde et une structure conductrice agissant comme un dipôle rayonnant à la longueur d'onde À/2 excité en son point central par la fiche. Ladite fiche consiste en une tige conductrice isolée électriquement du guide d'onde et alimentant de manière capacitive la structure conductrice. Par ailleurs, la structure conductrice consiste en deux ailettes respectivement en forme de C ou de U s'étendant symétriquement de part et d'autre du plan de symétrie du guide d'onde, chaque ailette comportant une première branche solidaire du guide d'onde et s'étendant au dessus de la fiche et parallèlement à cette dernière vers le plan de symétrie dudit guide d'onde et une seconde branche s'étendant parallèlement à la première branche au dessus de cette dernière, lesdites branches étant reliées par une base verticale s'étendant perpendiculairement à la fiche. La distance séparant le court-circuit du guide d'onde de la fiche inférieure est environ égale au quart de la longueur d'onde À du guide d'onde. La distance séparant la fiche inférieure de la fiche supérieure est aussi environ 30 égale au quart de la longueur d'onde À du guide d'onde. La fiche supérieure utilisant 2907600 3 un court-circuit virtuel situé sous cette dernière dans le guide d'onde (réalisé par exemple au moyen d'une tige parallèle à ladite fiche reliée aux deux extrémités aux parois du guide d'onde). Afin d'éviter l'apparition d'un mode parasite dans le guide d'onde 5, le coupleur 5 comporte un filtre positionné entre les deux ensembles d'excitation orthogonaux. (filtres réalisés par exemples aux moyens de tiges reliées aux deux extrémités aux parois du guide d'onde). II est entendu que pour obtenir deux polarisations orthogonales, il faut avantageusement deux ensembles structure conductrices + fiche, chaque ensemble 10 étant orthogonal et placé de manière superposée avec une distance d'environ lambda/4 entre la fiche inférieure et la fiche supérieure. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS 15 D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre, d'une unique variante d'exécution donnée à titre d'exemple non limitatif, du coupleur, en particulier coupleur coaxial, à moyenne et large bande de jonction à mode orthogonal conforme à l'invention, à partir des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective éclatée du coupleur suivant 20 l'invention montée avec une antenne-cornet, la figure 2 est une vue en coupe radiale schématique du coupleur suivant l'invention représenté sur la figure 1. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION 25 On décrira ci-après un coupleur à moyenne et large bande d'OMJ suivant l'invention afin de séparer des bandes à doubles polarisations orthogonales d'un cornet rayonnant circulaire coaxial ou chargé d'un cône diélectrique ; Toutefois, il est bien évident que le coupleur suivant l'invention pourra être utilisé seul et/ou dans toute autre application bien connue de l'Homme de l'Art. 2907600 4 En référence aux figures 1 et 2, le coupleur suivant l'invention est constitué d'un guide d'onde 1 cylindrique comportant une cavité cylindrique coaxiale 2 dont le fond forme un court circuit 3 dudit guide d'onde 1. Ledit guide d'onde comporte sur sa paroi latérale un port d'entrée 4 depuis 5 lequel s'étend une fiche 5 consistant en une tige conductrice isolée électriquement du guide d'onde, ladite tige conductrice 5 étant isolée électriquement aux radiofréquences et non au courant discontinu. Cette tige conductrice 5 débouche dans la cavité cylindrique 2 du guide d'onde 1 en s'étendant diamétralement dans ladite cavité. La distance dl séparant la tige conductrice 5 du court circuit 3 du guide 10 d'onde est environ égale au quart de la longueur d'onde À dudit guide d'onde 1, soit di= À/4. Par ailleurs, ledit guide d'onde 1 comporte à proximité de son extrémité supérieure une structure conductrice 6 agissant comme un dipôle rayonnant à la longueur d'onde À/2. 15 Cette structure conductrice 6 consiste en deux ailettes 7 respectivement en forme de C ou de U s'étendant symétriquement de part et d'autre de l'axe de révolution du guide d'onde 1, et plus précisément symétriquement de part et d'autre du plan de symétrie du guide d'onde 1 s'étendant orthogonalement à la tige conductrice 5 et passant par l'axe de révolution dudit guide d'onde 1 20 Chaque ailette 7 comporte une première branche dite inférieure 8 solidaire du guide d'onde 1 et s'étendant au dessus de la tige conductrice 5 et parallèlement à cette dernière vers le plan de symétrie dudit guide d'onde 1 et une seconde branche dite supérieure 9, plus courte que la branche inférieure 8, s'étendant parallèlement à la branche inférieure 8 au dessus de cette dernière, lesdites branches 8 et 9 étant 25 reliées par une base verticale 10 s'étendant perpendiculairement à la tige conductrice 5. La structure conductrice 6 sera avantageusement obtenue dans un matériau métallique. 2907600 5 Accessoirement, afin d'éviter l'apparition d'un mode parasite dans le guide d'onde 1, ce dernier comporte un filtre positionné entre les deux structures orthogonales d'excitation. II est bien évident que le filtre pourra consister dans plusieurs tiges conductrices 5 dons les extrémités sont connectées au guide d'onde ou dans tout autre moyen équivalent bien connu de l'Homme du métier sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Ainsi, la tige conductrice 5 alimente de manière capacitive la structure conductrice 6 de telle manière qu'un courant d'excitation parcourt les branches io supérieures 9 de la structure conductrice 6, lesdits courants d'excitation étant représentés par des flèches sur la figure 2. Les courants d'excitation des branches supérieures 9 correspondent à la répartition des courants sur un dipôle équivalent. En référence à la figure 1, un cornet antenne 12 comprenant à sa base une collerette 13 munie de trou 14 pourra être fixée à l'extrémité du coupleur au moyen de vis 15 15 coopérant avec des trous taraudés 16 pratiqués sur le bord supérieur du guide d'onde 1. Un tel coupleur coaxial fonctionnant sur une bande de fréquence moyenne à large de jonction à mode orthogonal procure un faible couplage entre les ports de sorte qu'un circuit de compensation extérieur n'est pas nécessaire. 20 Il est bien évident que le coupleur suivant l'invention pourra être obtenu suivant un procédé de fraisage de précision bien connu de l'Homme du Métier ou un procédé de fabrication d'un circuit imprimé multi-couches, ledit circuit imprimé multi-couches étant intégré à l'intérieur d'un guide d'onde, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. 25 Enfin, il va de soi que le coupleur coaxial à moyenne et large bande de jonction à mode orthogonal (OMJ) suivant l'invention pourra être adapté pour toute autre application bien connue de l'Homme de l'Art et que les exemples que l'on vient de donner ne sont en aucun limitatifs quant aux domaines d'application de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Coupleur à moyenne et large bande de jonction à mode orthogonal d'un guide d'onde (1) de longueur d'onde À caractérisé en ce qu'il comporte une fiche (5) faisant saillie du guide d'onde (1) et s'étendant entre un court circuit (3) du guide d'onde (1) et une structure conductrice (6) agissant comme un dipôle rayonnant à une longueur d'onde d'environ À/2 excité à son point central par la fiche 2 - Coupleur de jonction à mode orthogonal suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la fiche (5) consiste en une tige conductrice isolée électriquement du guide d'onde (1) et alimentant de manière capacitive la structure conductrice (6). 3 - Coupleur de jonction à mode orthogonal suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la structure conductrice (6) consiste en deux ailettes (7) respectivement en forme de C ou de U s'étendant symétriquement de part et d'autre du plan de symétrie du guide d'onde (1), chaque ailette (7) comportant une première branche (8) solidaire du guide d'onde (1) et s'étendant au dessus de la fiche (5) et parallèlement à cette dernière vers le plan de symétrie dudit guide d'onde (1) et une seconde branche (9) s'étendant parallèlement à la première branche (8) au dessus de cette dernière, lesdites branches (8,9) de chaque ailette (7) étant reliées par une base verticale (10) s'étendant perpendiculairement à la fiche (5). 4 - Coupleur de jonction à mode orthogonal suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la distance di séparant le court-circuit (3) du guide d'onde (1) de la fiche inférieure (5) est environ égale au quart de la longueur d'onde À du guide d'onde (1). 5 - Procédé de couplage coaxial à moyenne et large bande de jonction à mode orthogonal d'un guide d'onde (1) de longueur d'onde À caractérisé en ce qu'il consiste à alimenter de manière capacitive une structure conductrice (6) solidaire du guide d'onde (1) au moyen d'une fiche (5) faisant saillie à l'intérieur du guide d'onde (1) et s'étendant entre un court circuit (3) dudit guide d'onde (1) et la structure conductrice (6).