Brevet FR3070546A1 — publié le 20190301

JOINT ROTATIF RF UTILISANT UN ENSEMBLE COUPLEUR DE CORNETS APPARIÉS RENVOI À DES DEMANDES APPARENTÉES [0001] Cette demande revendique la priorité sur la demande provisoire de brevet U.S. n° 62/552 151 déposée le 30 août 2017. DOMAINE DE L'INVENTION [0002] La présente invention concerne le domaine des ensembles d'antenne, et traite plus particulièrement d'un joint rotatif RF (Radiofréquence) utilisant un ensemble coupleur de cornets appariés typiquement utilisé dans des structures 10 d'antenne orientable, et capable d'acheminer simultanément des signaux RF Tx (Transmission) et Rx (Réception) sur deux polarisations orthogonales de manière traversante. CONTEXTE DE L'INVENTION [0003] Il est notoire dans l'art des antennes RF, couramment utilisées à bord 15 d'engins spatiaux, ou dans des stations terrestres, pour une communication de transmission et/ou de réception de signaux RF électromagnétiques, d'utiliser des joints rotatifs pour permettre aux signaux RF de suivre la rotation d'une portion de la chaîne d'alimentation d'antenne. Lorsque certaines sections (ou portions) ou un ensemble antenne doivent tourner par rapport à une structure 20 fixe, les signaux RF circulant ou acheminés au sein du système d'alimentation d'antenne passent habituellement par des joints rotatifs qui provoquent des pertes de signal RF ainsi que d'autres inconvénients incluant des contraintes électriques (telles que des bandes de fréquence de signal réduites, des produits d'intermodulation passive (PIM), des limitations sur la gestion de 25 puissance radioélectrique, etc.), et des contraintes mécaniques (telles qu'une complexité accrue, une masse accrue (qui est tout particulièrement préoccupante dans des applications spatiales), etc.). Cela devient encore plus difficile lorsque de multiples axes de rotation sont envisagés. 2 [0004] Les contraintes ci-dessus deviennent plus importantes lorsqu'une pluralité de signaux parcourent l'ensemble rotatif, tels que des signaux de transmission (Tx) et de réception (Rx), et lors de l'utilisation des deux polarisations orthogonales en transmission et en réception. [0005] Le brevet U.S. n° 4 511 868 de Munson et al. divulgue un joint mécaniquement rotatif dans lequel les extrémités lames de deux structures de cornet similaires sont juxtaposées et jointes par un palier rotatif s'étendant entre elles qui permet un mouvement de rotation relatif entre les deux structures de cornet. Une lentille diélectrique de mise en forme de champ peut être disposée au niveau de la jonction de cornets rotative relativement pour aider à s'assurer de formes de front d'onde sensiblement planes à travers le joint rotatif relativement. Ce joint rotatif ne permet pas de rotations autour d'axes d'intersection différents. [0006] En conséquence, H faut un joint rotatif RF amélioré utilisant un ensemble coupleur de cornets apparies. RÉSUMÉ DE L'INVENTION [0007] Un objectif général de la présente invention est par conséquent de proposer un joint rotatif RF amélioré utilisant un ensemble coupleur de cornets appariés qui pourrait s'affranchir des problèmes mentionnés ci-dessus. [0008] Un avantage de la présente invention est que le joint rotatif RF utilisant un ensemble coupleur de cornets appariés remplace essentiellement au moins un, mais typiquement deux joints rotatifs qui sont relativement complexes, avec des pertes électriques et qui sont souvent limités à des signaux à bande étroite, a, pour chaque signal transmis au travers du joint rotatif, Puisqu'on peut avoir les deux signaux Tx et Rx, chacun avec deux polarisations orthogonales possibles ainsi que de multiples bandes de sous-fréquence (longueur d'onde), quatre (4) fois deux joints rotatifs pourraient ainsi être remplacés par un seul ensemble coupleur de cornets apparies, [0009] Un autre avantage de la présente invention est que le joint rotatif RF utilisant un ensemble coupleur de cornets appariés permet de transmettre au travers des signaux à bande relativement large, des pertes de signal électrique relativement faibles, sans produits PIM (Intermodulation passive). [0010] Un autre avantage de la présente invention est que le joint if RF utilisant un ensemble coupleur de cornets appariés permet aux signaux transmis au travers d'être essentiellement insensibles à la rotation ou aux rotations de toute partie autour de l'un quelconque des axes de cornet de coupleur (axes de cornet de coupleur d'entrée et de sortie) ou des deux (simultanément ou non), la rotation étant réalisée par n'importe quel mécanisme approprié. 10 [0011] Un avantage supplémentaire de la présente invention est que le joint rotatif RF utilisant un ensemble coupleur de cornets appariés, selon la configuration réelle, peut avoir jusqu'à trois (3) couronnes de roulements à billes pour permettre des rotations de parties différentes de celui-ci les unes par rapport aux autres et autour de l'un quelconque des deux axes de cornet 15 d'alimentation, [0012] Toujours un autre avantage de la présente invention est que le joint rotatif RF utilisant un ensemble coupleur de cornets appariés peut être facilement mis à l'échelle à des bandes de fréquence jusqu'à des gammes d'ondes millimétriques. 20 [0013] Encore un autre avantage de la présente invention est que le joint rotatif RF utilisant un ensemble coupleur de cornets appariés ne présente pas d'usure mécanique dans aucune partie du chemin de signal RF, assurant ainsi une performance RF constante sur une durée de vie pratiquement illimitée puisque le chemin de sifflai RF ne comporte pas de pièces d'usure. 25 [0014] Encore un avantage supplémentaire de la présente invention est que le joint rotatif RF utilisant un ensemble coupleur de cornets appariés est dépourvu de sources de contact qui peuvent créer une intermodulation passive (PIM) de signal, comme des contacts métalliques rotatifs, [0015] Encore un avantage supplémentaire de la présente invention est que le 30 joint rotatif RF utilisant un ensemble coupleur de cornets appariés, lorsqu'il est 4 connecté aux systèmes d'alimentation d'antenne appropriés, permet d'acheminer de multiples signaux RF indépendants, en utilisant de multiples fréquences et polarisations dans un seul ensemble coupleur de cornets appariés. [0016] Un aspect de la présente invention propose un ensemble coupleur de cornets appariés pour une utilisation dans un joint rotatif RF pour acheminer un signal électromagnétique, l'ensemble coupleur de cornets appariés comprenant : [0017] des premier et second cornets d'alimentation définissant des 10 premier et second axes longitudinaux de cornet respectifs se coupant l'un l'autre au niveau d'un point d'intersection, les premier et second cornets d'alimentation se raccordant à un miroir pour acheminer le signal entre eux avec le point d'intersection se trouvant sur une surface réfléchissante du miroir, la surface 15 réfléchissante définissant une direction normale de celui-ci au niveau du point d'intersection, la direction normale étant espacée anauiairement de façon globalement égale à la fois des premier et second axes longitudinaux de cornet ; et [0018] des première et seconde lentilles se raccordant auxdits premier et 20 second cornets d'alimentation respectifs et focalisant le signal entre lesdits premier et second cornets d'alimentation respectifs et au niveau du point d'intersection ; [001caractérisé en ce qu'au moins l'un des premier et second cornets d'alimentation est raccordé en rotation par rapport au miroir autour de l'axe 25 respectif desdits premier et second axes longitudinaux de cornet. [0020] Dans un mode de réalisation, le premier cornet d'alimentation est raccordé à demeure par rapport au miroir et le second cornet d'alimentation est raccordé en rotation par rapport au miroir autour du second axe longitudinal de cornet, les premier et second cornets d'alimentation et le miroir étant rotatifs par 30 rapport au premier axe longitudinal de cornet. [00211 Dans un mode de réalisation, le second cornet d'alimentation est raccordé en rotation par rapport au miroir autour du second axe longitudinal de 5 cornet, et dans lequel le second cornet d'alimentation et le miroir sont conjointement raccordés en rotation au premier cornet d'alimentation autour du premier axe longitudinal de cornet. [0022] De façon pratique, le second cornet d'alimentation est raccordé en rotation par rapport au miroir autour du second axe longitudinal de cornet, et dans lequel le second cornet d'alimentation et le miroir sont conjointement raccordés en rotation à une structure de support autour du premier axe longitudinal de cornet et, typiquement, le premier cornet d'alimentation est raccordé à demeure à la structure de support. 10 [0023] En variante, le premier cornet d'alimentation est raccordé en rotation à la structure de support autour du premier axe longitudinal de cornet. [0024] De façon pratique, le premier cornet d'alimentation et à la fois le second cornet d'alimentation et le miroir sont raccordes indépendamment en rotation à la structure de support les uns par rapport aux autres. 15 [0025] Dans un mode de réalisation, les premier et second cornets d'alimentation et le miroir acheminent simultanément une pluralité de signaux électromagnétiques du premier cornet d'alimentation au second cornet d'alimentation etiou du second cornet d'alimentation au premier cornet d'alimentation. 20 [0026] D'autres objectifs et avantages de la présente invention ressortiront lors d'une lecture attentive de la description détaillée fournie ici, avec une référence appropriée aux dessins qui l'accompagnent. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS [0027] Des aspects et avantages supplémentaires de la présente invention 25 seront mieux compris en référence à la description en association avec les figures qui suivent, dans lesquelles des références similaires utilisées dans des figures différentes indiquent des composants similaires, dans lesquelles : [0028] la figure .1 est une vue en perspective de face d'un ensemble coupleur de cornets appariés selon un mode de réalisation de la présente invention ; [0029] la figure 2 est une vue en perspective arrière du mode de réalisation de la figure 1 ; [0030] la figure 3 est une vue en perspective de face éclatée partiellement en coupe du mode de réalisation de la figure 1 ; [0031] la figure 4 est une vue en perspective de face simplifiée du mode de réalisation de la figure 1, montrant l'effet de rotation de l'axe de cornet d'alimentation de sortie autour de l'axe de cornet d'alimentation d'entrée ; [0032] la figure 5 est une vue similaire à la figure 4, montrant l'effet de rotation de l'axe de cornet d'alimentation de sortie autour de l'axe de cornet d'alimentation de sortie ; [0033] la figure 6 est une vue similaire à la figure 5, montrant l'effet de rotation de l'axe de cornet d'alimentation de sortie (et de l'ensemble miroir) autour de 15 l'axe de cornet d'alimentation d'entrée et une rotation indépendante simultanée du cornet d'alimentation d'entrée autour du même axe ; et [0034] la figure 7 est une vue en perspective e d'un autre mode réalisation selon la présente invention. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION 20 [0035] En référence aux dessins annexés, le mode de réalisation préféré de la présente invention sera décrit ici à titre indicatif et en aucun cas limitatif. [0036] Dans les dessins, est montré un joint rotatif RF utilisant un ensemble coupleur de cornets appariés pour transmettre au moins un signal électromagnétique (RF) selon un mode de réalisation 10 de la présente 25 invention, habituellement destiné à être utilisé au sein d'un ensemble d'antenne non représenté), typiquement à bord d'un engin spatial ou similaire, 7 [0037] En se référant plus spécifiquement aux figure 1 à 3, l'ensemble 10 comporte typiquement des premier 12 et second 14 cornets d'alimentation définissant des premier 16 et second 18 axes longitudinaux de cornet respectifs se coupant l'un l'autre au niveau d'un point d'intersection 20. Les premier 12 et 5 second 14 cornets d'alimentation se raccordent à un miroir de signai électromagnétique 22 généralement plat situé typiquement au sein d'un logement de miroir 24 pour acheminer ou conduire (réfléchir lorsqu'on se réfère au miroir 22), le signal entre eux avec le point d'intersection 20 se trouvant sur une surface réfléchissante 26 du miroir 22 (et étant ainsi également un point de 10 réflexion). La surface réfléchissante 26 définit une direction normale 30 de celui-ci au niveau du point d'intersection 20, et la direction normale 30 est espacée angulairement de façon globalement égale à la fois des premier 16 et second 18 axes longitudinaux de cornet. Des première 32 et seconde 34 lentilles, typiquement réalisées en un matériau diélectrique ou similaire, se 15 raccordent opérationnellement aux premier 12 et second 14 cornets d'alimentation respectifs, et sont également de préférence montées physiquement dessus (bien qu'elles puissent également être montées sur le logement de miroir sans s'éloigner de la portée de la présente invention), et focalisent toutes deux le signal entre le cornet d'alimentation 12, 14 respectif et au niveau du point d'intersection 211 [0038] Typiquement, au moins l'un des premier 12 et second 14 cornets d'alimentation est raccordé en rotation par rapport au miroir 22 (et au logement 24) autour de l'axe respectif des premier 16 et second 18 axes longitudinaux de cornet. 25 [0039] De préférence, comme dans la configuration représentée, le premier cornet d'alimentation 12 est raccordé à demeure par rapport au logement 24 et son miroir 22, et le second cornet d'alimentation 14 est raccordé en rotation par rapport au miroir 22 (et au premier cornet d'alimentation 12) autour du second axe longitudinal de cornet 18. Les premier 12 et second 14 cornets 30 d'alimentation et le miroir 22 sont rotatifs par rapport à une structure de support 40 (telle qu'un étrier ou similaire voir les figures 4 à 6) autour du premier axe longitudinal de cornet 16, [0040] Dans le mode de réalisation illustré, les premier 12 et second 14 cornets d'alimentation pourraient être étiquetés en tant que cornets d'alimentation d'entrée et de sortie lorsqu'on se réfère à un ou des signaux Tx du système d'antenne (non représenté), et à l'inverse lorsqu'on se réfère à un ou des signaux Rx. De même, chacun des signaux Tx et Rx pourrait faire référence à une pluralité de signaux, qui sont soit des signaux indépendants différents ayant des sous-bandes de fréquence différentes, soit des polarisations différentes (circulaire, elliptique, linéaire) d'un même signal à une même bande de fréquence. Tous les signaux ci-dessus pourraient être acheminés 10 indépendamment et simultanément par l'ensemble coupleur de cornets appariés 10. [0041] Comme représenté sur les figures 4 et 5, des exemples de rotations possibles au sein de l'ensemble coupleur de cornets appariés 10 sont illustrés. La figure 4 représente, en lignes pointillées par rapport à des lignes pleines, 15 une première rotation (illustrée par la flèche 50) à la fois (conjointement) du second cornet d'alimentation 14 et du logement de miroir 24 par rapport au premier cornet d'alimentation 12 et à la structure de support 40 autour du premier axe de cornet 16. Sur la figure 5, en plus de la figure 4, est représentée en lignes pointillées, une deuxième rotation (illustrée par la flèche 52) du 20 second cornet d'alimentation 14 par rapport au logement de miroir 24 autour du second axe de cornet 18. Ces rotations sont typiquement permises par des roulements à billes ou similaires (non représentés spécifiquement) entre les différents composants, selon la configuration du système d'alimentation d'antenne. 25 [0042] De façon similaire, est représentée sur la figure 6, en plus de la figure 5, en lignes pointillées, une troisième rotation (illustrée par la flèche 54) du premier cornet d'alimentation 14 par rapport au premier axe de cornet 16, et cette troisième rotation est indépendante de la première rotation autour du même axe 16. 30 [0043] L'ensemble coupleur de cornets appariés 10 de la présente invention peut être positionné à n'importe quel endroit au sein d'un système d'alimentation d'antenne, selon sa configuration spécifique. Au niveau de la 9 première 36 et la seconde 38 interface « libre » de chacun des premier 12 et second 14 cornets d'alimentation, tout agencement ou toute portion d'un système d'alimentation d'antenne peut être raccordé(e), comme le représentent première 56 et seconde 58 brides à encoche. [0044] Comme représenté sur la figure 7, le logement de miroir 24 pourrait inclure des fenêtres 60 ou simplement des ouvertures ou similaires sans affecter le fonctionnement de l'ensemble coupleur 10. En fait, ces fenêtres 60 transparentes (ou semi-transparentes) aux RF permettent la dissipation de modes piégés du signal ou des signaux qui pourraient entrer en résonance 10 avec l'ensemble 10 et affecter sa performance RF, sans avoir à utiliser de matériaux d'absorption de RF (non représentés) qui sont plus encombrants. [0045] Bien que l'angle entre les premier 16 et second 18 axes de cornet d'alimentation soit montré comme étant d'environ 90 degrés, il apparaîtra comme évident à l'homme du métier, sans s'éloigner de la portée de la 15 présente invention, de pouvoir envisager tout autre angle. De façon similaire, le miroir 22 pourrait être incurvé sans s'éloigner de la portée de la présente invention. [0046] L'homme du métier dans le domaine des dispositifs de couplage quasi optiques reconnaîtra facilement que les champs électromagnétiques projetés des premier 12 et second 14 cornets d'alimentation doivent être appariés de façon conjuguée l'un à l'autre pour maximiser le couplage entre eux. Les champs appariés conjugués se manifestent en tant que taille minimale du faisceau d'un mode de faisceau gaussien fondamental au niveau du point de réflexion 20 du miroir 22. 25 [0047] Bien que la présente invention ait été décrite avec un certain degré de méticulosité, il convient de comprendre que la divulgation a été faite à titre d'exemple uniquement et que la présente invention n'est pas limitée aux particularités des modes de réalisations décrits et illustrés ici, mais comporte toutes les variations et les modifications dans la portée de l'invention telle que 30 décrite ci-dessus et revendiquée ci-après. 10 REVENDICATIONSEnsemble coupleur de cornets appariés (10) pour une utilisation dans un joint rotatif RF pour acheminer un signal électromagnétique, l'ensemble coupleur de cornets appariés (10) comprenant : - des premier (12) et second (14) cornets d'alimentation définissant des premier (16) et second (18) axes longitudinaux de cornet respectifs se coupant l'un l'autre au niveau d'un point d'intersection (20), les premier (12) et second (14) cornets d'alimentation se raccordant à un 10 miroir (22) pour acheminer le signal entre eux avec le point d'intersection (20) se trouvant sur une surface réfléchissante (26) du miroir (22), la surface réfléchissante (26) définissant une direction normale (30) de celui-ci au niveau du point d'intersection (20), la direction normale (30) étant espacée angulairement de façon globalement égale à la fois des premier (16) et 15 second (18) axes longitudinaux de cornet ; et - des première (32) et seconde (34) lentilles se raccordant auxdits premier (12) et second (14) cornets d'alimentation respectifs et focalisant le signal entre lesdits premier (12) et second (14) cornets d'alimentation respectifs et au niveau du point d'intersection (20) ; et caractérisé en ce qu'au moins l'un des premier (12) et second (14) cornets d'alimentation est raccordé en rotation par rapport au miroir (22) autour de l'axe respectif desdits premier (16) et second (18) axes longitudinaux de cornet. 2. Ensemble coupleur (10) selon la revendication 1, dans 25 lequel le premier cornet d'alimentation (12) est raccordé à demeure par rapport au miroir (22) et le second cornet d'alimentation (14) est raccordé en rotation par rapport au miroir (22) autour du second axe longitudinal de cornet (18), les premier (12) et second (14) cornets d'alimentation et le miroir (22) étant rotatifs par rapport au premier axe longitudinal de cornet (16). 30 3. Ensemble coupleur (10) selon la revendication 1, dans lequel le second cornet d'alimentation (14) est raccordé en rotation par rapport au miroir (22) autour du second axe longitudinal de cornet (18), et dans lequel le second cornet d'alimentation (14) et le miroir (22) sont conjointement 11 raccordés en rotation au premier cornet d'alimentation (12) autour du premier axe longitudinal de cornet (16). 4. Ensemble coupleur (10) selon la revendication 3, dans lequel le second cornet d'alimentation (14) est raccordé en rotation par rapport au miroir (22) autour du second axe longitudinal de cornet (18), et dans lequel le second cornet d'alimentation (14) et le miroir (22) sont conjointement raccordés en rotation à une structure de support (40) autour du premier axe longitudinal de cornet (16), 5. Ensemble coupleur (10) selon la revendication 4, dans 10 lequel le premier cornet d'alimentation (12) est raccordé à demeure à la structure de support (40). 6. Ensemble coupleur (10) selon la revendication 4, dans lequel le premier cornet d'alimentation (12) est raccorde en rotation à la structure de support (40) autour du premier axe longitudinal de cornet (16). 15 1. Ensemble coupleur (10) selon la revendication 6, dans lequel le premier cornet d'alimentation (12) et à la fois le second cornet d'alimentation (14) et le miroir (22) sont raccordés indépendamment en rotation à la structure de support (40) les uns par rapport aux autres. 8. Ensemble coupleur (10) selon l'une quelconque des 20 revendications 1 à 7, dans lequel les premier (12) et second (14) cornets d'alimentation et le miroir (22) acheminent simultanément une pluralité de signaux électromagnétiques du premier cornet d'alimentation (12) au second cornet d'alimentation (14) et/ou du second cornet d'alimentation (14) au premier cornet d'alimentation (12). 25