Brevet FR3042652A1 — publié le 20170421

Joint tournant hyperfréquence La présente invention concerne un joint tournant hyperfréquence. La présente invention se rapporte aussi à un aéronef comprenant un tel joint Pour les systèmes radar à antenne tournante, un ou plusieurs signaux radiofréquences sont transmis entre une partie fixe et une partie mobile. Il est donc souhaitable de disposer d'un système permettant une telle transmission. Pour cela, il est connu d'utiliser un guide d'ondes placé au centre d'un joint tournant. Toutefois, un tel guide d'ondes ne transmet qu'un seul signal radiofréquence. Il a également été développé des techniques reposant sur l'emploi de galettes. Selon le cas, les galettes sont reliées à la partie tournante ou à la partie fixe. Des balais métalliques assurent le contact électrique entre les deux parties fixes et mobiles. L'interférence entre les signaux est empêchée par l'emploi simultané de plusieurs types de galettes, ces galettes se distinguant par l'épaisseur. Cependant, un tel joint est encombrant. De fait, la taille du joint tournant tend à augmenter lorsque le nombre de signaux à transmettre simultanément augmente. Par ailleurs, l'emploi de galettes en combinaison avec des balais génèrent des microcoupures interrompant la transmission de signaux. L'apparition des microcoupures est un phénomène difficilement prédictible de sorte que la durée et/ou le nombre de microcoupures par seconde ne sont pas connus avant la mise en oeuvre du système complet comportant les galettes et les balais. Dans certains cas, le joint tournant fait l'objet d'une maintenance plus régulière, ce qui résulte en une mise en oeuvre plus délicate. Dans d'autres cas, des balais supplémentaires sont ajoutés en parallèle pour réduire statistiquement les microcoupures. L'ajout de tels balais rend le joint tournant encore plus encombrant. Il existe donc un besoin pour un joint tournant hyperfréquence présentant un encombrement réduit et limitant l'apparition des microcoupures. Pour cela, il est proposé un joint tournant hyperfréquence comportant une partie fixe et une partie mobile, la partie mobile comportant un prisme de Dove hyperfréquence comprenant un premier déflecteur propre à défléchir un faisceau incident avec un premier angle pour obtenir un premier faisceau défléchi, un plan réflecteur métallique propre à réfléchir le premier faisceau défléchi pour obtenir un faisceau réfléchi, et un deuxième déflecteur propre à défléchir le faisceau réfléchi selon un deuxième angle pour obtenir un deuxième faisceau défléchi, le premier angle et le deuxième angle étant opposés. 3042652 2 Suivant des modes de réalisation particuliers, le joint tournant hyperfréquence comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - le premier déflecteur et le deuxième déflecteur sont identiques. 5 - le premier angle et le deuxième angle sont égaux à 45°. - au moins l'un du premier déflecteur et du deuxième déflecteur comporte un premier composant hyperfréquence, un premier axe central pouvant être défini pour le premier composant, le premier composant s'étendant entre deux premières extrémités et présentant un premier indice variant entre les deux premières 10 extrémités, un deuxième composant hyperfréquence, un deuxième axe central pouvant être défini pour le deuxième composant, le premier axe central et le deuxième axe central étant confondus, le deuxième composant s'étendant entre deux deuxièmes extrémités et présentant un deuxième indice variant entre les deux deuxièmes extrémités, au moins l'un des deux composants étant rotatif pour 15 positionner angulairement le premier composant et le deuxième composant l'un par rapport à l'autre le long du premier axe central pour définir un positionnement angulaire entre les deux composants, les deux composants étant configurés pour produire une déflexion d'un faisceau incident, la déflection étant d'une amplitude variant en fonction du positionnement angulaire entre les deux composants. 20 - chaque composant comporte une structure présentant une variation d'indice effectif résultant en une variation de l'indice du composant. - chaque composant est réalisé en un matériau choisi pour que l'indice de réfraction du matériau varie selon une direction. - au moins l'un des composants présente une forme choisie dans le groupe 25 constitué d'un disque d'épaisseur constante, d'un disque présentant une surface en dents de scies, et d'un disque présentant des trous. - le joint tournant comprend en outre un injecteur, d'entrée propre à injecter un faisceau incident sur le premier déflecteur et un extracteur de sortie propre à récolter le deuxième faisceau défléchi. 30 - l'injecteur d'entrée et l'extracteur de sortie sont chacun un ensemble d'une antenne et d'une lentille. La présente description décrit également un aéronef comportant un joint tournant hyperfréquence tel que précédemment décrit. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la 35 description qui suit de modes de réalisation de l'invention, donnée à titre d'exemple uniquement et en référence aux dessins qui sont : 3042652 3 figure 1, un schéma d'un aéronef comprenant un joint tournant, - figure 2, un schéma du joint tournant de la figure 1 comprenant un prisme de Dove, - figure 3, un schéma du prisme de Dove de la figure 3, 5 - figure 4, un schéma d'un exemple de réalisation d'un élément du prisme de Dove de la figure 4, et - figure 5, un schéma d'un autre exemple de prisme de Dove. Un aéronef 10 est représenté à la figure 1. Un aéronef est un véhicule capable d'évoluer au sein de l'atmosphère terrestre. 10 Un avion ou un hélicoptère sont des exemples particuliers d'aéronef. Dans le cas de la figure 1, l'aéronef 10 est un avion. L'aéronef 10 comporte un système hyperfréquence 12. Il est entendu par l'expression « système hyperfréquence » un système propre à interagir avec des ondes hyperfréquences. 15 Une fréquence est considérée comme appartenant au domaine hyperfréquence lorsque la fréquence est comprise entre 300 MHz (MégaHertz) et 300 GHz. La longueur d'onde typique associée est comprise entre 1 mm (millimètre) et 1 m (mètre). Dans la suite, il est considéré que chaque élément du système hyperfréquence 12 est propre à interagir avec des ondes hyperfréquences, ce qui induit des tailles 20 spécifiques des éléments considérés. Dans le cas particulier de la figure 1, le système hyperfréquence 12 est un joint tournant 12. Les éléments du joint tournant 12 sont visibles sur la figure 2. Le joint tournant 12 comporte une partie fixe 14 et une partie tournante 16. 25 La partie fixe 14 comporte un injecteur d'entrée 17. L'injecteur d'entrée 17 comprend, selon l'exemple de la figure 2, une antenne d'entrée 18 et une lentille d'entrée 20. La partie mobile 16 comprend un prisme de Dove 22 et un extracteur de sortie 23. L'extracteur de sortie 25 comprend, selon l'exemple de la figure 2, une lentille de sortie 24 30 et une antenne de sortie 26. Un prisme de Dove est un type de prisme réflectif non dispersif. Comme visible à la figure 3, le prisme de Dove 22 comporte un premier déflecteur 28, un deuxième déflecteur 30 et un plan réflecteur métallique 32. La partie fixe 14 est aussi appelée stator tandis que la partie tournante 16 est 35 aussi appelée rotor 16. 3042652 4 Il est défini une direction de rotation pour la partie tournante 16. La partie tournante 16 tourne autour de la direction de rotation. La direction de rotation est symbolisée par l'axe Z sur la figure 2. Il est aussi défini une direction transversale symbolisée par l'axe X. La direction 5 transversale X est perpendiculaire à la direction de rotation et contenue dans le plan de la feuille. L'injecteur d'entrée 17 est propre à injecter un faisceau incident sur le premier déflecteur 28. L'antenne d'entrée 18 est propre à émettre des ondes. L'ensemble des ondes 10 émises forme un faisceau dit faisceau d'entrée. La lentille d'entrée 20 est propre à convertir le faisceau d'entrée en un faisceau collimaté. Par l'expression « collimaté » dans ce contexte, il est entendu que le faisceau obtenu est un faisceau présentant une divergence moindre que le faisceau d'entrée. 15 Pour cela, l'antenne d'entrée 18 est, par exemple, positionnée au foyer de la lentille d'entrée 20. Le faisceau collimaté que la lentille d'entrée 20 permet d'obtenir est un faisceau incident sur le premier déflecteur 28. Le premier déflecteur 28 est propre à défléchir un faisceau incident avec un 20 premier angle pour obtenir un premier faisceau défléchi. Le premier angle est noté 01. Selon un exemple de réalisation, le premier angle 01 est égal à 45°. Le premier déflecteur 28 est réalisable de différentes manières. Par exemple, comme proposé dans l'exemple de la figure 4, le premier 25 déflecteur 28 comporte deux composants hyperfréquences 34 et 36. Le premier composant 34 s'étend entre deux premières extrémités 341 et 342 et présente un premier indice variant entre les deux premières extrémités 341 et 342. Pour un tel premier composant 34, il est défini un premier axe central. Pour la suite, il est supposé que le premier axe central est selon la direction de rotation Z. 30 Similairement, le deuxième composant 36 s'étend entre deux deuxièmes extrémités 361 et 362 et présente un deuxième indice variant entre les deux deuxièmes extrémités 361 et 362. Pour un tel deuxième composant 36, il est défini un deuxième axe central. Le premier axe central et le deuxième axe central sont confondus de sorte que, selon 35 l'exemple décrit, le deuxième axe central est selon la direction Z. 3042652 5 L'un des deux composants, par exemple le premier composant 34, est rotatif autour du premier axe central Z. Le premier composant 34 est rotatif pour positionner angulairement le premier composant 34 et le deuxième composant 36 l'un par rapport à l'autre le long du premier 5 axe central Z. Il en résulte qu'un positionnement angulaire entre les deux composants 34 et 36 est défini. En variante, les deux composants 34 et 36 sont rotatifs pour positionner angulairement le premier composant 34 et le deuxième composant 36 l'un par rapport à 10 l'autre le long du premier axe central Z. Les deux composants 34 et 36 sont configurés pour produire une déflexion d'un faisceau incident. Dans ce cas, la déflection est d'une amplitude variant en fonction du positionnement angulaire entre les deux composants 34 et 36. Selon l'exemple de la figure 4, chaque composant 34 et 36 est réalisé en un 15 matériau choisi pour que l'indice de réfraction du matériau varie selon une direction. Par exemple, selon l'exemple de la figure 4, les indices de réfraction varient selon la direction transversale X. Dans le cas de la figure 4, chaque composant 34 et 36 présente une épaisseur constante. L'épaisseur de chaque composant 34 et 36 est notée e34 et e36 sur la 20 figure 4. L'épaisseur est mesurée le long de la direction de rotation Z. Selon l'exemple particulier de la figure 4, chaque composant 34 et 36 présente la forme d'un disque. Le plan réflecteur 32 est propre à réfléchir le premier faisceau défléchi pour obtenir un faisceau réfléchi. 25 Le plan réflecteur 32 est un plan métallique. Le deuxième déflecteur 30 est propre à défléchir le faisceau réfléchi selon un deuxième angle pour obtenir un deuxième faisceau défléchi. Le deuxième angle est noté 02. Le premier angle 01 et le deuxième angle 02 sont opposés. 30 Par le terme opposé, il est entendu que les deux angles 01 et 02 ont un module identique mais défléchissent selon un sens de rotation différent. Les mêmes remarques que pour le premier déflecteur 28 s'appliquent pour le deuxième déflecteur 30. La lentille de sortie 24 est propre à convertir un faisceau de sortie collimaté en un 35 faisceau convergent. L'antenne de sortie 26 est propre à collecter le faisceau convergent. 3042652 6 Le fonctionnement du joint tournant 12 est maintenant décrit. L'antenne d'entrée 18 émet un faisceau hyperfréquence. La lentille d'entrée 20 convertit le faisceau d'entrée en un premier faisceau F1. Le premier faisceau F1 est un faisceau collimaté. 5 Le premier faisceau F1 est un faisceau incident pour le premier déflecteur 28. Le premier déflecteur 28 défléchit le premier faisceau F1 selon le premier angle 01 pour obtenir un deuxième faisceau F2. Le plan réflecteur 32 réfléchit le deuxième faisceau F2 pour obtenir un troisième faisceau F3. 10 Le deuxième déflecteur 30 défléchit le troisième faisceau F3 selon le deuxième angle 02 pour obtenir un quatrième faisceau F4. Le quatrième faisceau F4 et le premier faisceau F1 ont la même direction. Un tel joint tournant 12 permet donc de transmettre un faisceau hyperfréquence avec une partie fixe et une partie mobile. 15 De manière similaire, le joint tournant 12 est également adapté à transmettre plusieurs faisceaux hyperfréquence. Cette extension se comprend aisément en revenant au fonctionnement d'un prisme de Dove pour les ondes optiques. De fait, dans le domaine des joints tournants optiques multivoies, plusieurs voies 20 en entrée sont transmises vers plusieurs voies de sortie, au travers d'un élément optique spécifique. Ce composant est un prisme de Dove, qui est un prisme à angle droit tronqué par commodité. Le rayon incident pénètre avec une incidence à 45°, puis se réfléchit totalement sur la face opposée à l'arête de l'angle droit du fait de l'inclinaison du faisceau et l'indice des milieux conformément à la loi de Snell-Descartes. Le faisceau ressort 25 parallèlement au rayon incident en renvoyant l'image symétrique par rapport au plan de réflexion, le principe de ce prisme est présenté ci-dessous. Lorsque l'on injecte différentes ondes séparées spatialement dans ce prisme, et que l'on tourne le prisme de X, en sortie, les différentes ondes sont tournées de 2X par rapport à l'entrée. En sortie, les différentes ondes restent séparées spatialement et 30 n'interfèrent pas entre elles. Le principe de fonctionnement d'un joint tournant optique multivoie repose sur l'emploi d'un prisme de Dove et de plusieurs fibres optiques distinctes à l'entrée et à la sortie. Les faisceaux optiques en sortie des différentes fibres optiques sont collimatés de telle sorte que leur propagation soit faiblement divergente, assurant ainsi la transmission 35 du signal issu de la fibre optique d'entrée vers sa fibre optique de sortie. 3042652 7 Dans le cadre d'une utilisation dans un joint tournant, le prisme de Dove est entraîné à une vitesse de rotation 2 fois moins importante que celle de la partie mobile. Ceci montre bien que le joint tournant 12 est également adapté à transmettre plusieurs faisceaux hyperfréquence. 5 En outre, le joint tournant 12 est aisé à mettre en oeuvre puisque seuls les trois composants du prisme de Dove 22 sont impliqués, à savoir deux déflecteurs 28 et 30 et un plan réflecteur 32. Un tel joint tournant 12 permet ainsi de transmettre plusieurs signaux en parallèle, en utilisant des antennes et guides d'onde pour chacun des signaux. 10 En outre, le joint tournant 12 est adapté à transmettre des signaux de différentes natures. Par exemple, le joint tournant 12 est propre à transmettre des signaux dont au moins l'un de la puissance et de la fréquence diffère. Des signaux analogiques et des signaux numériques sont transmis par le joint tournant 12. Par exemple, le joint tournant 12 est propre à transmettre des signaux de type wifi. 15 Le joint tournant 12 présente un encombrement réduit. Par ailleurs, un tel joint tournant 12 évite la présence de contacts électriques entre les entrées et les sorties, ce qui évite leur usure. Autrement formulé, l'absence de contact électrique entre la partie fixe et la partie mobile permet d'éviter l'usure des balais. De plus, le phénomène de microcoupures est évité. Cela permet une transmission 20 sans contact, c'est-à-dire une propagation des ondes radiofréquences en espace libre. Le joint tournant 12 assure aussi une stabilité en phase des différents signaux. En effet, ni les entrées, ni les sorties ne sont sollicités mécaniquement. Un autre mode de réalisation du joint tournant 12 est présenté à la figure 5. Dans ce cas, pour chaque déflecteur 28 et 30, les deux composants 34 et 36 ont 25 la forme de disque présentant une surface en dents de scies. Il en résulte que les déflecteurs 28 et 30 se comportent comme des lentilles de Fresnel. Ceci permet d'obtenir un gain en masse pour un fonctionnement de même qualité. Selon un autre mode de réalisation, chaque composant 34 et 36 comporte une 30 structure présentant une variation d'indice effectif résultant en une variation de l'indice du composant. Selon encore un autre mode de réalisation, les deux composants 34 et 36 ont la forme de disque présentant une surface en dents de scies. En variante, les déflecteurs 28 et 30 sont des dispositifs de dépointage conformes 35 à la demande de brevet de numéro de publication FR 2 945 674. 3042652 8 Selon une autre variante, les déflecteurs 28 et 30 sont des systèmes de déflexion configurable hyperfréquence conformes à la demande de brevet de numéro de publication FR 3 002 697. De manière générale, il apparaît que le joint tournant 12 résout le problème du 5 nombre de voies en utilisant un nouveau composant qui est le prisme de Dove 22. Comme décrit précédemment, le prisme de Dove 22 est un assemblage de trois éléments que sont les deux déflecteurs 28 et 30 et le plan réflecteur 32. Le prisme de Dove 22 est un composant hyperfréquence pour lequel le premier angle 01 et le deuxième angle 02 sont opposés. 10 La valeur absolue des deux angles 01 et 02 est a priori quelconque. Le choix d'une valeur ou d'une autre est lié principalement à des considérations de compacité du prisme de Dove 22. Le cas particulier d'un premier angle 01 de 45° est un compromis présentant un intérêt particulier. Un tel prisme de Dove 22 est avantageusement employé dans un 15 système hyperfréquence pour lequel un ou plusieurs signaux radiofréquence doivent être transmis entre une partie fixe et une partie mobile. Similairement, le prisme de Dove 22 est utilisé dans un système hyperfréquence pour lequel un ou plusieurs signaux radiofréquence doivent être transmis entre une partie fixe et une partie mobile sans contact électrique. 20 Le prisme de Dove 22 est aussi utilisé dans un système hyperfréquence pour lequel un ou plusieurs signaux radiofréquence doivent être transmis entre une partie fixe et une partie mobile une qualité de signal transmis importante. Le prisme de Dove 22 permet aussi avantageusement de transmettre entre une partie fixe et une partie mobile des signaux à plusieurs fréquences non identiques. 25 Comme mentionné précédemment, un tel prisme de Dove 22 présente des avantages dans le cadre d'un joint tournant radiofréquence. Le prisme de Dove 22 s'applique également au cas de radar tournant. Le prisme de Dove 22 est aussi intéressant pour des dispositifs d'antennes tournantes. 30 REVENDICATIONS1.- Joint tournant hyperfréquence (12) comportant une partie fixe (14) et une partie mobile (16), la partie mobile comportant un prisme de Dove hyperfréquence (22) comprenant : - un premier déflecteur (28) propre à défléchir un faisceau incident avec un premier angle (01) pour obtenir un premier faisceau défléchi, - un plan réflecteur métallique (32) propre à réfléchir le premier faisceau défléchi pour obtenir un faisceau réfléchi, et - un deuxième déflecteur (30) propre à défléchir le faisceau réfléchi selon un deuxième angle (02) pour obtenir un deuxième faisceau défléchi, le premier angle (81) et le deuxième angle (82) étant opposés. 2.- Joint tournant hyperfréquence selon la revendication 1, dans lequel le premier déflecteur (28) et le deuxième déflecteur (30) sont identiques. 3.- Joint tournant hyperfréquence selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le premier angle (01) et le deuxième angle (02) sont égaux à 45°. 4.- Joint tournant hyperfréquence selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel au moins l'un du premier déflecteur (28) et du deuxième déflecteur (30) comporte : - un premier composant hyperfréquence (34), un premier axe central pouvant être défini pour le premier composant (34), le premier composant (34) s'étendant entre deux premières extrémités (341, 342) et présentant un premier indice variant entre les deux premières extrémités (341, 342), - un deuxième composant hyperfréquence (36), un deuxième axe central pouvant être défini pour le deuxième composant (36), le premier axe central et le deuxième axe central étant confondus, le deuxième composant (36) s'étendant entre deux deuxièmes extrémités (361, 362) et présentant un deuxième indice variant entre les deux deuxièmes extrémités (361, 362), au moins l'un des deux composants (34, 36) étant rotatif pour positionner angulairement le premier composant (34) et le deuxième composant (36) l'un par rapport à l'autre le long du premier axe central pour définir un positionnement angulaire entre les deux composants, les deux composants (34, 36) étant configurés pour produire une 3042652 10 déflexion d'un faisceau incident, la déflection étant d'une amplitude variant en fonction du positionnement angulaire entre les deux composants. 5.- Joint tournant hyperfréquence selon la revendication 4, dans lequel chaque 5 composant (34, 36) comporte une structure présentant une variation d'indice effectif résultant en une variation de l'indice du composant (34, 36). 6.- Joint tournant hyperfréquence selon la revendication 4 et 5, dans lequel chaque composant (34, 36) est réalisé en un matériau choisi pour que l'indice de réfraction du 10 matériau varie selon une direction. 7.- Joint tournant hyperfréquence selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel au moins l'un des composants présente une forme choisie dans le groupe constitué de : 15 - un disque d'épaisseur constante, - un disque présentant une surface en dents de scies, et - un disque présentant des trous. 8.- Joint tournant hyperfréquence selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, 20 le joint tournant comprenant en outre un injecteur d'entrée (17) propre à injecter un faisceau incident sur le premier déflecteur et un extracteur de sortie (23) propre à récolter le deuxième faisceau défléchi. 9.- Joint tournant hyperfréquence selon la revendication 8, dans lequel l'injecteur 25 d'entrée (17) et l'extracteur de sortie (23) sont chacun un ensemble d'une antenne (18, 26) et d'une lentille (20, 24). 10.- Aéronef (10) comportant un joint tournant hyperfréquence (12) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.