Brevet FR3090217A1 — publié le 20200619

Description Titre de l'invention : Coupleur hyperfréquence bidirectionnel comprenant deux guides d'onde parallèles, à double nervure [0001] La présente invention porte sur un coupleur hyperfréquence bidirectionnel comprenant deux guides d'onde parallèles, à double nervure. [0002] Dans la plupart des dispositifs hyperfréquences, il est nécessaire de pouvoir prélever une partie déterminée du signal élaboré, afin de mesurer les différents paramètres définissant ce signal hyperfréquence et, éventuellement, de les corriger en fonction des conditions d'utilisation. Cette opération est réalisée à l'aide de dispositifs connus sous le nom de coupleurs, qui prélèvent un pourcentage déterminé de la puissance véhiculée. [0003] Les sources d'émission hyperfréquence délivrant des puissances souvent élevées, le moyen de propagation le plus adapté sont les guides d'onde. [0004] Il est connu des coupleurs directifs à très large bande, typiquement de 1 GHz à 100 GHz, réalisés sous forme de coupleurs à trous, les trous servant à réaliser le couplage entre les deux guides d'onde. [0005] Un exemple de réalisation d'un tel coupleur à trous est illustré sur la figure 1, provenant du livre -Microwave Engineering", p. 339, de David M. Pozar, 4cd, Wilcy, 2012. [0006] Sur la figure 1 est représenté un coupleur hyperfréquence bidirectionnel à trous comprenant deux guides d'onde parallèles superposés, formant respectivement une voie principale VP et une voie de couplage VC. Le coupleur comprend N=1 trous indices de n=0 à n=N. [0007] Un tel coupleur rnulti-trous permet d'agir sur la directivité, en fonction de la fréquence. En effet, l'ensemble des diamètres des trous sont autant de paramètres d'une fonction associée et qui permettent d'obtenir, par exemple, une réponse de type Tchebychev, ou encore une réponse de type binomiale, parmi les plus classiques. [0008] En considérant le cas général du coupleur multi-trous de la figure 1, comprenant N+1 trous équidistants couplant les deux guides d'ondes parallèles, l'amplitude de l'onde incidente dans le guide voie principale VP est A. Au niveau de chaque ouverture, une petite fraction de cette onde est transmise vers la voie couplée générant sur cette voie une onde dirigée positivement d'amplitude A * En et une onde dirigée négativement d'amplitude A * Bn. En et Bn sont respectivement les coefficients de couplage de l'onde positive et de l'onde négative. Les trous sont équidistant d'une distance d, en m. [0009] Par exemple, un coupleur de 20 dB a un facteur de couplage de puissance de 102"'") = 0,01, de sorte que la puissance transmise par le guide d'onde vaut 1 - 0,01 = 0,99 de la 2 puissance incidente (1% couplée au guide supérieur). La chute de tension (ou de champ) dans le guide d'onde voie principale VP est égale à -'/0,9 9 = 0,995, soit 0,5%. Ainsi, l'amplitude du champ incident est identique à chaque trou, mais la phase change d'une ouverture à l'autre. [0010] Aussi une ouverture ou trou excite généralement les ondes progressives opposées avec des amplitudes différentes. Aussi, en nommant F' le coefficient de couplage du n i,^.,trou dans la direction avant, et en nommant Bn le coefficient de couplage du trou dans la direction arrière, l'amplitude de l'onde dans la direction avant peut s'écrire [0011] F - A e ifiNaV F car toutes les composantes voyagent sur un chemin n = n de même longueur. 100121 L'amplitude de l'onde dans la direction arrière peut s'écrire: 100131 A= Y B e- 2il3 n d , car la longueur du chemin de la nième composante - est 2/3 na. 13 représente la constante de propagation, cn rad/m. La référence de phase est prise au premier trou d'indice 0. Le couplage C et la directivité D peuvent être calculés par les relations suivantes: C= 2 Olo g 51; [0018] D - 20log n =o - [0019] Un but de l'invention est de diminuer la longueur importante pour une directivité donnée. [0020] 11 est proposé, selon un aspect de l'invention, un coupleur hyperfréquence bidi- rectionnel comprenant deux guides d'onde parallèles, formant respectivement une voie principale VP et une voie de couplage VC, à double nervure, respectivement et N [0021] Ainsi, la longueur d'un tel coupleur est réduite par rapport à un coupleur à trous de l'état de l'art, car il permet, par rapport aux ouvertures circulaires d'obtenir un couplage plus fort entre la voie principale et la voie couplée. [0022] Dans un mode de réalisation, un insert diélectrique comprend un épaulement externe et un épaulement interne. [0023] L'épaulement externe permet de maintenir fixe l'insert dans la couche métallique entre les deux guides d'onde, et l'épaulement interne permet de maintenir fixe l'antenne dans l'insert, et ce, de manière simple à réaliser, et à coût réduit. [0024] Selon un mode de réalisation, une antenne est de forme cylindrique et munie d'une [0014] [0015] [0016] [0017] = - 2014z)g -2010g y A e dB dB = oF, F 2 j/3 n N n = n 3 collerette destinée à être montée en butée sur l'épaulement interne d'un insert. [0025] Les formes cylindriques sont aisées à réaliser pour les butées, ainsi que pour les épaulements. [0026] Dans un mode de réalisation, un insert diélectrique comprend un fluoropolymère, tel du polytétrafluoroéthylène (de sigle PTFE) qui est un fluoropolymère issu du tétrafluoroéthylène. [0027] Selon un mode de réalisation, une antenne comprend de l'aluminium et/ou du cuivre. [0028] Dans un mode de réalisation, la couche métallique comprend du cuivre et/ou de [0029] L'invention sera mieux comprise à l'étude de quelques modes de réalisation décrits à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels: [0030] [fig.1] illustre schématiquement un coupleur hyperfréquence bidirectionnel à trous, selon l'état de l'art; [0031] [fig.2] illustre schématiquement un coupleur hyperfréquence bidirectionnel, en perspective, selon un aspect de l'invention; [0032] [fig.3] illustre schématiquement le coupleur hyperfréquence bidirectionnel de la figure 1, en vue de coupe, selon un aspect de l'invention; [0033] [fig.4] illustre schématiquement un ensemble antenne, selon un aspect de l'invention; et [0034] [fig.5] illustre schématiquement une pluralité d'ensemble antenne, en vue de coupe, selon un aspect de l'invention. [0035] Sur l'ensemble des figures, les éléments ayant des références identiques sont si- milaires. [0036] Dans la présente description, les modes de réalisation décrits ne sont pas limitatifs, et les caractéristiques et fonctions bien connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détails. [0037] La figure 2 représente schématiquement un coupleur hyperfréquence bidirectionnel, en vue de coupe, selon un aspect de l'invention, comprenant deux guides d'onde pa- rallèles VP, VC, à double nervure Nvp, ayant deux faces respectives disposées en vis-à-vis et reliées mécaniquement par une couche métallique CM. [0038] Les deux guides d'onde VP et VC ont deux faces respectives disposées en vis-à-vis (vi leur grand côté) et reliées mécaniquement par la couche métallique CM, et comprennent des ensembles antenne EA reliant les intérieurs respectifs de parties pleines hors nervures Nvc, Nyp, des deux guides d'ondes VP, VC. [0039] Comme représenté sur les figures 4 et 5, un ensemble antenne EA comprend une antenne Ant montée fixement dans un insert diélectrique Ins monté fixement dans la couche métallique CM. [0040] Ainsi le couplage est fait par les antennes Ant et non par des trous comme dans l'état de l'art. [0041] L'insert diélectrique Ins sert à la fois d'isolant électrique et de support. [0042] L'insert Ins comprend un épaulement interne EPI et un épaulement externe EPE. L'épaulement externe EPE permet de maintenir fixe l'insert Ins dans la couche métallique CM entre les deux guides d'onde VP. VC, et l'épaulement interne EPI permet de maintenir fixe l'antenne Ant dans l'insert Ins, et ce, de manière simple à réaliser, et à coût réduit. [0043] Ces antennes Ant peuvent varier en diamètre et en hauteur après optimisation permettant d'obtenir de meilleures performances en termes de directivité et de diminuer la longueur totale du coupleur. [0044] Une antenne Ant peut être de de forme cylindrique et munie d'une collerette Col montée en butée sur l'épaulement interne de l'insert Ins. [0045] Le choix du diélectrique se fait en fonction des besoins d'utilisation en prenant en compte la température et la puissance. [0046] La figure 3 est une vue de coupe dans le sens longitudinal du coupleur de la figure 2. 5