Brevet FR2998100A1 — publié le 20140516

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un rail guide d'onde pour des micro-ondes, un multiplexeur ainsi qu'un procédé de réglage du multiplexeur. Etat de la technique Les satellites de communication utilisent des multiplexeurs qui divisent un signal micro-ondes, simple suivant les différentes fréquences dans des bandes et réunissent de nouveau les bandes en un unique signal micro-ondes. Un multiplexeur de sortie, caractéristique comprend par exemple un filtre de canal raccordé au rail collecteur guide d'onde de façon à générer aussi peu que possible d'interactions gênantes entre les filtres de canal. Pour cela, on détermine de façon optimale au cours du développement, les longueurs de phase entre les différents filtres de ca- nal sur le rail collecteur et les longueurs de phase entre le rail collecteur et les filtres de canal pour éviter toutes interactions des filtres de canal. Si les filtres de canal du multiplexeur de sortie sont réglables séparément en fréquence et/ou en largeur de bande, cela peut créer de nouvelles contraintes pour le rail collecteur. Un concept de multiplexage possible pour des filtres de canal réglables consiste à utili- ser une chaîne de circulation. Dans ce cas, les canaux sont d'abord divisés à l'aide d'un coupleur pour qu'à chaque bras du coupleur, ne se trouvent que des canaux dont les fréquences ne sont pas voisines. A l'aide de circulateur, on transmet alors par exemple l'énergie réfléchie sur le premier canal d'une première fréquence à d'autres canaux. A la fin de la chaîne de circulateur, on a un puits d'ondes qui réfléchit l'énergie de manière incontrôlée. Cette solution ne convient souvent pas pour des multiplexeurs de forte puissance car du fait de la division en fréquence non voisine, la moitié de l'énergie est absorbé dans le puits à ondes. En outre, les circulateurs génèrent des pertes élevées et une in- termodulation passive ce qui n'est pas acceptable pour des multiplexeurs de sortie travaillant avec des puissances élevées.35 But de l'invention La présente invention a pour but de développer un multi- plexeur souple pour traiter des signaux micro-ondes de forte puissance et qui ne présente qu'une faible perte de puissance. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un rail collecteur guide d'onde pour conduire des micro-ondes et comprenant : - une entrée de collecteur pour coupler un signal micro-ondes de collecteur, - un ensemble d'entrées de filtre pour injecter un ensemble de signaux micro-ondes, - un guide d'onde double composé d'un premier guide d'onde simple et d'un second guide d'onde simple, les entrées de filtre étant installées le long du guide d'onde double, - au moins un élément de couplage réglable réalisant la liaison entre le premier guide d'onde simple et le second guide d'onde simple pour régler la longueur de phase de la liaison. En d'autres termes, l'invention se rapporte à un rail col- lecteur guide d'onde pour des microondes. Ce rail collecteur se compose de plusieurs guides d'onde pour des micro-ondes. Un guide d'onde est constitué par exemple d'une cavité ou d'un tube en métal ou de toute autre matière appropriée. Selon l'invention, le rail collecteur et guide d'onde com- porte une entrée de collecteur pour injecter un signal micro-ondes de collecteur et un ensemble d'entrées et de filtres pour injecter un en- semble de signaux micro-ondes. Les entrées sont constituées chaque fois par une ouverture dans le rail collecteur guide d'onde. L'expression « injecter un signal micro-ondes » signifie que l'on introduit ou que l'on extrait un signal micro-ondes. Le rail collecteur guide d'onde comporte en outre un double guide d'onde composé d'un premier guide d'onde simple et d'un second guide d'onde simple et l'ensemble des entrées de filtre se trouve le long du double guide d'onde et au moins un élément de couplage réglable réalise la liaison entre le premier guide d'onde simple et le second guide d'onde simple pour régler la longueur de phase de la liaison. Le guide d'onde simple est ainsi un guide d'onde tubulaire. La section du guide d'onde simple est de forme quelconque et notamment rectangulaire ou ronde. Le guide d'onde double se compose de deux guides d'ondes simple, tubulaires parallèles reliés à au moins un point en leur milieu (c'est-à-dire autrement qu'à leurs extrémités) pour que leurs volumes intérieurs communiquent. Le guide d'onde double peut être considéré comme formé de deux rails collecteurs simples, distinct qui sont couplés l'un à l'autre. Avec l'élément de couplage réglable ou variable, on règle de manière active la quantité et la phase de l'énergie couplée entre les deux guides d'ondes simples. Cela permet de régler une phase totale efficace entre les filtres à micro-ondes par exemple des filtres de canal couplés aux entrées de filtre, dans des plages très étendues. La longueur totale de phase du guide d'onde double entre deux entrées de filtre peut être la composition des longueurs de phase et de guide d'onde simple qui se règlent en fonction de l'amplitude et de la phase de l'élément de couplage réglable. Selon un développement de l'invention, l'élément de cou- plage réglable est prévu selon la direction d'extension du guide d'onde double entre deux entrées de filtre voisines. En d'autres termes, le volume intérieur du guide d'onde double (qui comprend les deux volumes intérieurs des guides d'ondes simples) s'étend dans une première direction et les sorties de filtre dérivent du guide d'onde double le long de cette direction. La liaison des volumes intérieurs des guides d'ondes simples se trouvent dans ce cas entre les deux sorties de filtre. Cela permet de régler la relation de phase entre deux entrées de filtre voisines avec l'élément de couplage correspondant. Selon un développement de l'invention, au moins deux éléments de couplage réglable (selon l'extension du guide d'onde double) se situent entre deux entrées de filtre voisines ce qui permet de régler une plage plus large de relations de phase possibles. Selon un développement de l'invention, le premier guide d'onde simple et le second guide d'onde simple sont parallèles. Le pre- mier guide d'onde simple et le second guide d'onde simple peuvent être reliés par un ensemble d'éléments de couplage réglables qui relie de manière conductrice le premier et le second guide d'onde simple. Selon un développement de l'invention, le premier guide d'onde simple et/ou le second guide d'onde simple sont à une extrémité de l'entrée de collecteur. Mais il est également possible de coupler les extrémités des guides d'ondes simples à une même entrée de collecteur. Selon un développement de l'invention, le premier guide d'onde simple a une section différente de celle du second guide d'onde simple. Les deux guides d'ondes simples peuvent avoir par exemple une section rectangulaire de différentes dimensions a) (c'est-à-dire des hau- teurs différentes si les guides d'ondes simples s'étendent dans le sens de la largeur) et ainsi avoir des longueurs différentes de guide d'onde pour que la longueur électrique soit différente dans les deux guides d'ondes simples. Selon un développement de l'invention, le rail collecteur comporte au moins un autre élément de couplage (réglable) reliant le premier guide d'onde simple au second guide d'onde simple. Les guides d'ondes simples peuvent également être reliés par des éléments de couplage non réglable ou des orifices de liaison qui ont une longueur de phase fixe. Le premier guide d'onde simple comporte entre l'élément de couplage réglable et l'autre élément de couplage, une longueur de phase qui diffère de la longueur de phase du second guide d'onde simple entre l'élément de couplage réglable et l'autre élément de cou- plage. Cela correspond par exemple à des volumes intérieurs, des sec- tions et/ou des longueurs de segment des guides d'ondes simples, qui sont différents entre les liaisons avec les éléments de couplage. A titre d'exemple, l'un des guides d'ondes simple peut avoir des longueurs de conduite plus grande (par segments) pour avoir une longueur électrique différente de celle d'un autre guide d'onde simple. Selon un développement de l'invention, au moins une en- trée de filtre est prévue sur le premier guide d'onde simple et au moins une entrée de filtre sur le second guide d'onde simple. Les entrées de filtre (c'est-à-dire les filtres correspondants) peuvent être uniquement sur l'un des deux guides d'ondes simples (par exemple seulement sur le premier guide d'onde simple ou seulement sur le second guide d'onde simple). Il est également possible d'avoir des entrées de filtre (ou des filtres correspondants) sur les deux guides d'ondes simples. De façon générale, l'élément de couplage est un dispositif mécanique pour régler par exemple la section de la liaison et/ou du volume intérieur de la liaison entre les deux guides d'ondes simples. Selon un développement de l'invention, l'élément de cou- plage a un diaphragme réglable ou un diaphragme de couplage variable. Un diaphragme réglable permet d'augmenter ou de diminuer l'ouverture entre les deux guides d'ondes simples. Selon un développement de l'invention, l'élément de cou- plage comporte un résonateur simple. Le résonateur réglable (résonateur de couplage) fournit un volume intérieur réglable relié aux deux guides d'ondes simples. Un tel résonateur de couplage fonctionne par exemple en mode TE011 ou en mode TE111. Par un choix approprié de la fréquence de résonance du résonateur, on règle la phase du couplage entre les deux guides d'ondes simples. Suivant une autre caractéristique, le rail collecteur guide d'onde comporte un diaphragme réglable comme premier élément de couplage et un résonateur réglable comme second élément de couplage. Globalement le rail collecteur guide d'onde comporte des éléments de couplage de même construction ou de construction différente. Selon un développement de l'invention, le rail collecteur guide d'onde comporte en outre un actionneur pour modifier mécani- quement l'élément de couplage. L'actionneur peut par exemple être un moteur. L'actionneur permet de régler la surface d'ouverture du diaphragme ou le volume du résonateur réglable par exemple par un tiroir ou un piston. Selon un développement de l'invention, le rail collecteur guide d'onde comporte en outre une commande pour l'élément de couplage. La commande détermine la relation de phase à régler par l'élément de couplage et l'actionneur assure la commande appropriée. Suivant une autre caractéristique, l'invention se rapporte à un multiplexeur comportant un rail collecteur guide d'onde de façon que, comme indiqué ci-dessus, et comme cela développé ci-après, par exemple, le multiplexeur est le multiplexeur d'entrée ou le multiplexeur de sortie d'un satellite de communication. Le multiplexeur comporte un ensemble de filtres à micro- ondes relié aux entrées de filtre du rail collecteur guide d'onde. Les filtres à micro-ondes peuvent être réglables. Par exemple les filtres à micro-ondes comportent des actionneurs pour régler leur largeur de bande et leur fréquence centrale. Ces actionneurs peuvent être commandés par la commande. Selon un autre développement, l'invention se rapporte à un procédé de réglage d'un tel multiplexeur. Le procédé assure par exemple la commande du rail collecteur en ce que les actionneurs commandent un ou plusieurs organes de couplage et le filtre à micro-ondes. L'invention a également pour objet un procédé pour ré- gler un tel multiplexeur consistant à modifier la largeur de bande et/ou la fréquence centrale d'un premier filtre micro-ondes couplé au guide d'onde double, modifier la relation de phase entre le premier filtre à micro-ondes et un second filtre micro-ondes couplé au guide d'onde double en réglant un élément de couplage reliant le premier guide d'onde simple et le second guide d'onde simple. En général, on règle non seulement le premier filtre à mi- cro-ondes mais également la largeur de bande et/ou la fréquence cen- trale du second filtre micro-ondes. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de rail collecteur guide d'onde et d'un multiplexeur composé d'un tel rail et ainsi que d'un exemple de procédé de réglage du multiplexeur représenté dans les dessins annexés dans lesquels les mêmes éléments ou les éléments analogues portent les mêmes références dans les différentes figures. Ainsi - la figure 1 est une représentation schématique d'un mode de réalisa- tion d'un multiplexeur selon l'invention, - la figure 2 est une vue tridimensionnelle schématique d'un segment d'un rail collecteur selon le mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 est une vue tridimensionnelle schématique d'un segment de rail collecteur selon un autre mode de réalisation de l'invention, - la figure 4 est une vue tridimensionnelle schématique d'un segment de rail de collecteur selon un autre mode de réalisation de l'invention, - la figure 5 représente un ordinogramme d'un procédé de réglage d'un multiplexeur selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 6 montre un diagramme avec des plans de fréquence pour un procédé de réglage d'un multiplexeur selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 7 montre un autre diagramme avec des plans de fréquence pour un procédé de réglage d'un multiplexeur selon un mode de réa- lisation de l'invention, - la figure 8 est une vue schématique d'un satellite de communication selon un mode de réalisation de l'invention. Description détaillée de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre un multiplexeur 10 comportant un rail collecteur guide d'onde 12 et un ensemble de filtres de canal 14 ré- glable. Un signal micro-ondes 18 peut être couplé ou découplé de l'entrée de collecteur 16 du rail collecteur 12. Le rail collecteur comporte en outre plusieurs sorties de filtre 20 reliés par des filtres de canal 14 au rail collecteur. Les filtres de canal 14 ont eux-mêmes une sortie 21 par laquelle un signal micro-ondes 24 est couplé ou découplé du multiplexeur 10. Par exemple, un signal micro-ondes 18 est injecté par l'entrée de collecteur 16 dans le multiplexeur 10 pour être transmis par le rail collecteur 12 vers les sorties de filtre 20 et être distribué pour être alors divisé par les filtres de canal 14 dans les bandes. Le rail collecteur 12 comporte un guide d'onde double 22 ayant deux guides d'ondes simples 22a, 22b avec chacun un volume intérieur tubulaire. Les deux volumes intérieurs ou cavités tubulaires sont essentiellement parallèles. Une ouverture à l'extrémité du guide d'onde simple 16 constitue l'entrée de collecteur 16. Les deux guides d'ondes simples 22a, 22b sont reliés selon une forme d'échelle par des éléments de couplage 24. A l'exception de l'entrée de collecteur 16, les guides d'ondes simples 22a, 22b ont des extrémités fermées. Les guides d'ondes simples 22a, 22b peuvent également avoir des régions d'extrémité en forme de cul de sac. Chaque élément de couplage 24 est réglable pour qu'une longueur de phase d'un segment du guide d'onde double 22 relié à l'élément de couplage 24 puisse être modifiée par l'élément de couplage. Pour cela, un actionneur 26 de l'élément de couplage ouvre par exemple un diaphragme 28 qui peut modifier la dimension de l'ouverture ou la section de l'ouverture de l'élément de couplage 24. De façon générale, l'élément de couplage 24 règle ou mo- difie le volume et/ou la section du volume intérieur (cavité) de l'élément de couplage 24 par l'actionneur 26. Le rail collecteur guide d'onde 12 ou le multiplexeur 10 comporte en outre une commande 30 pour commander les actionneurs 26 et régler les éléments de couplage 24. Les éléments de couplage 24 peuvent être réglés indépendamment les uns des autres et/ou sur des positions différentes (c'est-à-dire des longueurs de phase). Les filtres de canal 14 sont également réglables par la commande 30. En particulier leur fréquence centrale c'est-à-dire la fréquence qui correspond à leurs plus faibles amortissements ainsi que leur largeur de bande sont réglables. Les filtres de canal 14 ont un actionneur 32 commandé par la commande 30 pour régler la fréquence centrale et la largeur de bande. La figure 1 montre que les entrées de filtre 20 sont uni- quement celles d'un guide d'onde de simple 22b et en ce que deux entrées de filtre voisines 20, on a un unique élément de couplage réglable 24. La figure 2 montre un segment d'un multiplexeur 10 qui correspond uniquement à un segment du rail collecteur 12 avec les deux filtres à canal 14 ainsi reliés. Comme représenté à la figure 2, un filtre de canal 14 comporte plusieurs résonateurs cylindrique 40 reliés par un canal 42. Un ou plusieurs résonateurs ont un volume intérieur réglable modifié par exemple par l'actionneur 32. Les guides d'ondes simples 22a, 22b (comme également le canal 42) peuvent avoir une section rectangulaire. Deux éléments de couplage 24 se trouvent entre les deux entrées de filtre 20. La figure 3 montre un autre mode de réalisation d'un segment d'un multiplexeur 10 comme celui de la figure 2. La figure 3 montre que les guides d'ondes simples 22a, 22b ont des sections différentes, par exemple une section rectangulaire avec différentes dimen- sions a) (ai, a2) et les mêmes dimensions b). Les éléments de couplage 24 comportent un résonateur de couplage 44 avec par exemple un volume intérieur de forme cylindrique réglable ou un guide d'onde rond. Comme le montre la figure 3, un élément de couplage 24 (selon la direction d'extension du guide d'onde double 22) se trouve entre deux entrées de filtre 20 et/ou à hau- teur d'une entrée de filtre 20. Les entrées de filtre 20 ou les filtres de canal 14 peuvent être prévues des deux côtés du guide d'onde double 22. Un filtre de canal 14 peut être relié au guide d'onde simple 22a et un filtre de canal 14 peut être relié à l'autre guide d'onde simple 22b. La figure 4 montre un autre mode de réalisation d'un segment multiplexeur 10 analogue à celui des figures 2 et 3. Le guide d'onde simple 22a comporte une conduite de dérivation 46 entre deux entrées de filtre 22 voisines de sorte que le guide d'onde simple 22a a une longueur de phase plus grande que celle du guide d'onde simple 22b. La figure 5 montre un ordinogramme d'un procédé de commande du multiplexeur 10 par la commande 30. Dans la première étape 50, la commande 30 reçoit la mission de régler à nouveau le filtre 14 du multiplexeur 10. Par exemple on impose de nouvelles fréquences centrales et/ou des largeurs de bande nouvelles à la commande 30. Dans l'étape 52, la commande 30 calcule une position appropriée des actionneurs 32 et règle les filtres de canal 14 avec les actionneurs 32. Dans l'étape 54, la commande calcule un nouvel optimum des longueurs de phase du rail collecteur 12 entre les filtres de canal 14 réglés. A partir de ces longueurs de phase optimales, la commande 30 détermine une nouvelle position des actionneurs 26 et règle de manière correspondante les éléments de couplage 24. Les figures 6 et 7 montrent de tels exemples. Les deux figures montrent chacune un plan de fréquences 60 avant et un plan de fréquences 62 après le réglage du filtre de canal 14a, 14b, 14c. Dans les plans de fréquences 60, 62 on a indiqué la fréquence (f) vers la droite. Les bandes de fréquences et les fréquences centrales 66a, 66b, 66c ain- si qu'une largeur de bande 64a, 64b, 64c pour les trois filtres 14a, 14b, 14c sont représentés schématiquement. Dans l'exemple de réalisation de la figure 6, on échange les fréquences centrales 66b, 66c des deux filtres de canal 14b, 14c et on conserve les largeurs de bande 64a, 64b. Les filtres de canal 14b, 14c sont réglés de manière correspondante ; leur disposition physique n'est toutefois pas échangée. La figure 7 montre un autre exemple dans lequel le ré- glage des filtres de canal 14b, 14c a une forte influence sur la longueur de phase nécessaire du rail collecteur 12. Dans ce cas, pour les deux filtres les plus hauts 14b, 14c, la largeur de bande 64b, 64c change si bien qu'elles ne se trouvent plus directement voisines dans le plan de fréquences 62 (leurs fréquences centrales 66b, 66c sont ainsi également déplacées. Comme les filtres voisins 14b, 14c s'influencent en général très fortement l'un l'autre, les éléments de couplage 24 sont également fortement déplacés. La figure 8 montre une application des multiplexeurs 10 concernant le traitement du signal dans un satellite de communication 70. Une antenne de réception 72 reçoit un signal divisé par un multi- plexeur d'entrée 10a, en un ensemble de signaux séparés qui sont am- plifiés dans un amplificateur 74. Les signaux amplifiés sont de nouveau réunis en un signal par un multiplexeur de sortie (c'est-à-dire un dé-multiplexeur) 10b et ce signal est ensuite émis par une autre antenne 76. Les deux multiplexeurs 10a, 10b peuvent être réalisés comme le multiplexeur 10 des figures 1 à 4. NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 10 Multiplexeur 10a, b Multiplexeurs 12 Rail collecteur guide d'onde 14a, b, c Filtres de canal 16 Entrée de collecteur 18 Signal micro-ondes 20 Sortie de filtre 21 Sortie 22 Guide d'onde double 22a, b Guide d'onde simple 24 Elément de couplage 26 Actionneur 28 Diaphragme 30 Commande 32 Actionneur 40 Résonateur 42 Canal 44 Résonateur de couplage 50, 52, 54 Etapes d'un procédé 60, 62 Plans de fréquences 64a, b, c Largeurs de bande 66a, b, c Fréquence centrale 70 Satellite de communication 72 Antenne de réception 74 Amplificateur30 REVENDICATIONS1°) Rail collecteur guide d'onde (12) pour conduire des micro-ondes (18) et comprenant : - une entrée de collecteur (16) pour coupler un signal micro-ondes de collecteur, - un ensemble d'entrées de filtre (20) pour injecter un ensemble de signaux micro-ondes, - un guide d'onde double (22) composé d'un premier guide d'onde simple (22a) et d'un second guide d'onde simple (22b), les entrées de filtre (20) étant installées le long du guide d'onde double (22), - au moins un élément de couplage (24) réglable réalisant la liaison entre le premier guide d'onde simple (22a) et le second guide d'onde simple (22b) pour régler la longueur de phase de la liaison. 2°) Rail collecteur guide d'onde (12) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de couplage réglable (24) est installé selon la direction d'extension du guide d'onde double (22) entre deux entrées de filtre (20), voisines. 3°) Rail collecteur guide d'onde (12) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' au moins deux éléments de couplage réglables (24) sont prévus entre deux entrées de filtre voisines (20). 4°) Rail collecteur guide d'onde (12) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier guide d'onde simple (22a) et le second guide simple (22b) fonctionne en parallèle, et - le premier guide d'onde simple (22a) et le second guide d'onde simple (22b) sont reliés par un ensemble d'éléments de couplage (24) réglable reliant le premier guide d'onde simple et le second guide d'onde simple à la manière d'une échelle.355°) Rail collecteur guide d'onde (12) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier guide d'onde de simple (22a) et/ou le second guide d'onde simple (22b) réalisent l'entrée de collecteur (16) à une extrémité. 6°) Rail collecteur guide d'onde (12) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier guide d'onde simple (22a) a une section différente de celle du second guide d'onde simple (22b). 7°) Rail collecteur guide d'onde (12) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comporte au moins un autre élément de couplage (24) reliant le premier guide d'onde simple (22a) au second guide d'onde simple (22b), le premier guide d'onde simple (22a) ayant une longueur de phase com- prise entre celle de l'élément de couplage réglable (24) et l'autre élément de couplage (24), cette longueur de phase étant différente de celle du second guide d'onde simple (22b) entre l'élément de couplage réglable et l'autre élément de couplage. 8°) Rail collecteur guide d'onde (12) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier guide d'onde simple (22a) et le second guide d'onde simple (22b) comportent chacun au moins une entrée de filtre (20). 9°) Rail collecteur guide d'onde (12) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de couplage (24) comporte un diaphragme réglable (28). 10°) Rail collecteur guide d'onde (12) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de couplage comporte un résonateur réglable (44). 11°) Rail collecteur guide d'onde (12) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un actionneur (26) pour modifier mécaniquement l'élément de couplage (24). 12°) Rail collecteur guide d'onde (12) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comporte en outre une commande (30) pour commander l'élément de couplage (24). 13°) Multiplexeur (10) caractérisé en ce qu'il comprend : - un rail collecteur guide d'onde (12) selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 12 et un ensemble de filtres micro-ondes (14) reliés aux entrées de filtre (20) du rail collecteur guide d'onde (12). 14°) Procédé pour régler le multiplexeur (10) selon la revendication 13, caractérisé en ce qu' il consiste à : - modifier la largeur de bande (64b, 64c) et/ou la fréquence centrale (66b, 66c) d'un premier filtre micro-ondes (14b, 14c) couplé au guide d'onde double (22), - modifier la relation de phase entre le premier filtre à micro-ondes (14b) et un second filtre micro-ondes (14c) couplé au guide d'onde double (22) en réglant un élément de couplage (24) reliant le premier guide d'onde simple (22a) et le second guide d'onde simple (22b).25