CA1121473A - Coupleur a guides d'ondes ramifies - Google Patents
Coupleur a guides d'ondes ramifiesInfo
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- CA1121473A CA1121473A CA000312827A CA312827A CA1121473A CA 1121473 A CA1121473 A CA 1121473A CA 000312827 A CA000312827 A CA 000312827A CA 312827 A CA312827 A CA 312827A CA 1121473 A CA1121473 A CA 1121473A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
- H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
- H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
- H01P5/18—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers
- H01P5/181—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers the guides being hollow waveguides
- H01P5/182—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers the guides being hollow waveguides the waveguides being arranged in parallel
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- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
- Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)
Abstract
: L'invention concerne un coupleur à guides d'ondes ramifiés. Deux guidesrectangulaires principaux sont couplés par des bras inclinés, par exemple à 60.degree. ce qui permet à la fois de simplifier l'usinage du coupleur en deux coquilles symétriques, et d'améliorer ses caractéristiques électriques. Application aux télécommunications.
Description
~lZ~ 3 L'invention concerne un coupleur à guides d'ondes ramifiés. Un tel coupleur est utilisé pour assurer un couplage entre deux guides d'ondes rectangulaires, conduisant des ondes électromagnétiques, dans la gamme des hyperfréquences.
Le coupleur à guides d'ondes ramifiés classique (en anglais " Branch-line coupler") est connu depuis longtemps.
Le livre Montgomery (Montgomery Collection MIT, tome
Le coupleur à guides d'ondes ramifiés classique (en anglais " Branch-line coupler") est connu depuis longtemps.
Le livre Montgomery (Montgomery Collection MIT, tome
2, pages 897 à 905) décrit un coupleur de ce type à deux bras de couplage reliant deux guides d'ondes principaux parallèles.
Plus tard, en 1958, Reed a calculé " The multiple branch-line wave guidecoupler" Type periodic" en utilisant les polynomes de Tchebyscheff (I.RE. TRANS M.T.T octobre 1958 par John Reed (pages 398 à 403)). Une variante de ce coupleur est aussi étudiée dans le livre Matthei (Microwave filters and Coupling, MC Graw-L~ill (pages 819 à 841), " Synchronous-branch-line coupler".
Dans ces deux cas le couplage est effectué entre deux guides d'ondes rectangulaires (mode TE 10) par des jonctions en té plan E.
Les bras de couplage sont perpendiculaires aux guides d'ondes principaux.
L'écartement entre les axes des bras de couplage et la longueur de ces bras sont voisins de ~g/4, ~ g étant la longueur d'onde guidée moyenne pour la bande de fréquences à transmettre.
Le nombre de bras de couplage nécessaires est fonction de la valeur du couplage désiré, du taux d'ondes stationnaires (TOS) acceptable et de la directivité néces-saire, et ceci dans une bande de fréquence donnée.
Ces coupleurs sont classiquement constitués par deux coquilles métalliques assemblées selon un plan de jonction passant par les milieux des grands cotes des guides ~iZ14~3 d'ondes principaux et des guides d'ondes formant les bras de couplage. Ces deux coquilles sont formées ~ partir de deux blocs usines en creux, à partir de ce plan de jonction, pour former les guides d'ondes principaux et les bras de couplage. Plus precisément, on `:
- \
~12~4~3 creuse d'abord dans chacun de ces blocs un demi premier guide d'ondes principal et un demi deuxième guide d'ondes principal parallèle au premier et de ~eme largeur b et profondeur a/2, puis plusieurs demi-bras de couplage parallèles entre eux et de même longueur~ g/4. On assemble ensuite les deux coquilles de manière à mettre les demi-guides d'ondes principaux en face les uns des autres, ainsi que les demi-bras de couplage.
Pour obtenir de bonnes performances électriques et notamment de faibles pertes passives ou liné~ques, il est nécessaire que le plan de jonction dl~us un guide d'ondes en mode TE 10 rectangulaire passe par les milieux des grands côtés des guides d'ondes principaux et des guides d'ondes formant les bras de couplage, c'est-à-dire par les lignes médianes des grandes faces. C'est en effet au voisinage de ces lignes médianes qu'il n'y a pas de courant électromagnétique longitudinal, ce qui permet d'évlter, sans inconvénient, la réalisation de con~acts mécano-électriques parfaits entre les deux blocs.
Ceci est la raison pour laquelle les techniciens réalisant des coupleurs de ce type le forment en deux coquilles, ce mode de réalisation étant d'aut.ant plu~ souhaitable que de nombreux éléments hyperfréquences doivent souvent être intégrés dans un même ensemble métallique qui peut alors être entièrement constitué par deux coquilles assemblées après avoir été convenablement usinées.
Dans le domaine des hyperfréquences dont le spectre s'étend du GHz à plusieurs centaines de GHz, de nombreux modes d'usinage peuvent être utilisés, mais à 10 &Hz et, au-dessus, la réalisation des demi-bras de couplage n'est pas aisée à cause des faibles dimensions des guides d'ondes principaux. On peut alors utiliser les procédés suivants :
- électro-érosion pour former les bras de couplage perpendicu-laires aux guides d'ondes principaux. L'épaisseur importante de la paroi ne permet pas d'obtenir par ce procédé une bonne reproductibilité.
- utilisation d'un peigne rabot pour découper les bras de couplage. Ce procédé est précis mécaniquement mais l'outillage est onéreux. ~a mise au point de l'outillage et de l'usinage est longue.
La présente invention a pour but de permettre de réaliser des coupleurs à guides d'ondes ramifiés à faible encombrement, avec une large bande de fréquences, un faible taux d'ondes stationnaires et une grande directivité, et ceci à l'aide d'un procédé d'usinage très simple, utilisant un outillage standard et dont le temps d'usinage soit très court.
Elle a notamment pour objet un coupleur a guides d'ondes ramifiés comportant:
-un premier guide d'ondes principal ayant une section rectan-gulaire avec deux grands côtés et deux petits cotés, ledit premier guide d'ondes présentant deux grandes faces orientées dans une direction selon les deux grands côtés de sa section rectangulaire et deux petites faces orientées dans la meme direction selon les deux petits c8tés de ladite section;
-un deuxieme guide d'ondes principal du meme type que le premier, s'étendant a distance du dernier parallelement a celui-ci et dans la meme direction, avec une de ses grandes faces en regard d'une des grandes faces du premier guide d'ondes; et -plusieurs bras de couplage creux en forme de guides d'ondes a sections rectangulaires avec un grand c8té parallèle et sensiblement coextensif aux grands c8tés des sections des guides d'ondes principaux, lesdits bras de couplage s'étendant parallèlement les uns aux autres entre les deux grandes faces en regard des deux guides d'ondes principaux et s'ouvrant à
leurs deux extrémités dans les deux guides d'ondes principaux pour assurer un couplage entre deux guides d'ondes, caractérisé par le fait que lesdits bras de couplage s'étendent selon une direction faisant, avec la direction des guides d'ondes principaux, un angle (A) inférieur à 90.
L'angle (A) est avantageusement compris entre 25et50.
llZ147~
Le coupleur peut être avantageusement constitué
par deux coquilles conductrices assemblées selon un plan de jonction passant par les milieux des grands côtés des guides d'ondes principaux et des bras de couplage. Ces deux coquilles sont usinées en creux, a partir de ce plan de jonction, pour former les guides d'ondes principaux et les bras de couplage.
Chacune de ces coquilles comporte:
-un demi premier guide d'ondes principal -un demi deuxième guide d'ondes principal parallèle au premier et de même large~r (b) et profondeur la/2?, -et plusieurs demi-bras de couplage parallèles entre eux, de même longueur (k) et formant ledit angle (A) avec les demi-guides d'ondes principaux. Le sinus de cet angle (A) est alors de préférence inférieur à l'expression ::
..~ ~ ... .
~ ''~ ' ' ~Z~3 2 b/ (a-k).
Ce choix de l'angle (A) permet un usinage facile des demi-bras de couplage a l'aide d'une fraise circulaire dont l'axe de rotation est parallele au plan de jonction, au-dessus de celui-cl, et perpendiculalre aux demi-bras de couplage, sans que cette fraise risque d'attaquer a la fois les deux grandes faces de chacun des deux demi-guides d'ondes principaux.
A l'aide des figures schématiques 1 a 7 ci-jointes, on va decrire ci-après, a titre non limitatif, comment l'invention peut être mise en oeuvre.
Les elements qui se correspondent sur plusieurs de ces figures y sont designes par les mêmes signes de reference.
La figure 1 représente une vue en perspective d'un coupleur a guides d'ondes ramifiés de type connu et montre la position des grands et petits côtés de longueur (a) et (b) respectivement de la section rectangulaire des guides d'ondes principaux.
La figure 2 représente une vue en perspective d'un coupleur selon l'invention.
La figure 3 représente une vue en perspective d'une coquille conductrice creusée à partir d'un plan de jonction pour permettre la constitution d'un coupleur selon l'invention par assemblage avec une autre coquille symétrique par rapport au plan de jonction de celle représentée.
Les figures 4 et 5 représentent des vues de la coquille de la figure 3 en coupe par des plans IV-IV et V-V respectivement parallele au plan de jonction et perpen-diculaire a ce plan en passant par l'axe d'un demi-bras de couplage.
La figure 6 représente une vue de dessus d'une coquille permettant de réaliser un diplexeur faisant ~2~4~73 application de l'invention.
La figure 7 représente une coupe de cette m~me coquille par un plan perpendiculaire à celui de la figure 6 et passant par l'axe d'un guide d'ondes principal.
La figure 1 represente un coupleur de type connu a deux bras de couplage 2 et 4 reliant deux guides d'ondes principaux paralleles 6 et 8.
.: , ! ` - " . , . . . , j, ', ' : : , . ' . ,, :
"i . .
112~ 3 Le coupleur selon l'invention représenté sur la figure 2 est une variante du coupleur à bras ramifiés classique en guides d'ondes rectangulaires. Il diffère en ce que les bras de couplage sont fortement inclinés (45. 60 ou plus) par rapport aux bras de couplage classiques en té, qui étaient perpendiculaires aux guides d'ondes principaux 12 et 14. Le tracé en pointillé sur la figure 2 représente le plan de jonction de deux demi-coquilles.
Ce coupleur a été réal sé avec A = 45 et un couplage de 3dB et avec A = 30 et un couplage de 3dB.
Les capacités et inductances parasites semblent plus faibles que dans un coupleur à bras ramifies classique, et ceci entraîne de très bonnes perormances électriques.
De plus, l'inclinaison des bras de couplage permet une réalisa-tion simple et rapide. Le~ écarts entre points homologues des ouvertures des bras dans chacun des grands côtés des guides d'ondes sont de A g/4, tandis que la longueur des bras est un peu in~érieure à~g/4 ; l'inclinai-son des bras permet alors d'utiliser une paroi relativement mince 11 (figures 4 et 5) entre les deux guideq d'ondes principaux 12 et 14, et d'autant plu~ mince que l'inclinaison est forte, c'est-à-dire que l'angle A
est petit. Cette caractéristique est intéressante, spécialement aux basses fréquences du spectre hyperfréquence, lorsque l'on désire une réduction de poids et de volume. Cette épaisseur est approximativement égale à 0,23~ g Sin A.
On a notamment réalisé un coupleur hybride à 3dB pour une bande de fréquences de 31 à 48GHz. Le~ côtés (a) et (b) des guides d'ondes principaux étaient :
a = 7,112 mm b = 3,556 mm.
Pour cette bande de fréquences la largeur de bande est grande :
environ 40 %, en ce qui concerne la longueur d'onde guidée. Pour que le coupleur directif ait un taux d'ondes stationnaires inférieur à 1,05, huit ~, ~. . .
bras de couplage sont nécessaires. L'angle d'inclinaison des bras a été
choisi de 60, c'est-à-dire que A = 30.
Une particularité apparaît dans ce type de coupleur : les plans de phase aux sorties de deux guides d'on-3es principaux sont décalés et fonction de l'inclinaison des bras de couplage.
Un tel coupleur, quelle que soit la valeur du couplage, peut être usiné simplement et rapidement avec un outillage standard. Ceci est notamment important dans le spectre des hyperfréquences de 10 G;~z à 100 GHz et au-dessus où les guides d'ondes sont Grès petits.
Pour réaliser ce coupleur à bras inclinés on utilise des fraises scies standard, par exemple : fraise-scie de diamètre 20 mm pour un coupleur en guide WR28 dans lequel a = 7,112 mm b = 3,556 mm.
Les figures 4 et 5 représentent la position de la fraise 16 en cours d'usinage d'un bras de couplage 10.
On remarque que, grâce à l'inclinaison, seule la paroi centrale est usinée.
Dans le cas du coupleur à branches classiques cet usinage n'est pas possible même avec des petites fraises spéciales.
On remarque aussi que l'axe 18 de la fraise peut être de gros diamètre, garant d'un usinage précis.
Ce type d'usinage peut être effectué sur une fraiseuse standard de précision avec un temps d'u~inage inférieur à 30 minutes pour un ooupleur fabriqué en série.
Il est facile de voir, à l'aide de la figure 5, que si l'on veut que l'axe 18 soit situé au-dessus du plan de jonction, lors de l'usinage d'une coquille, et QU ~ il permette d'usiner les demi-bras de couplage sur toute leur profondeur sans atteindre les grandes faces des guides d'ondes
Plus tard, en 1958, Reed a calculé " The multiple branch-line wave guidecoupler" Type periodic" en utilisant les polynomes de Tchebyscheff (I.RE. TRANS M.T.T octobre 1958 par John Reed (pages 398 à 403)). Une variante de ce coupleur est aussi étudiée dans le livre Matthei (Microwave filters and Coupling, MC Graw-L~ill (pages 819 à 841), " Synchronous-branch-line coupler".
Dans ces deux cas le couplage est effectué entre deux guides d'ondes rectangulaires (mode TE 10) par des jonctions en té plan E.
Les bras de couplage sont perpendiculaires aux guides d'ondes principaux.
L'écartement entre les axes des bras de couplage et la longueur de ces bras sont voisins de ~g/4, ~ g étant la longueur d'onde guidée moyenne pour la bande de fréquences à transmettre.
Le nombre de bras de couplage nécessaires est fonction de la valeur du couplage désiré, du taux d'ondes stationnaires (TOS) acceptable et de la directivité néces-saire, et ceci dans une bande de fréquence donnée.
Ces coupleurs sont classiquement constitués par deux coquilles métalliques assemblées selon un plan de jonction passant par les milieux des grands cotes des guides ~iZ14~3 d'ondes principaux et des guides d'ondes formant les bras de couplage. Ces deux coquilles sont formées ~ partir de deux blocs usines en creux, à partir de ce plan de jonction, pour former les guides d'ondes principaux et les bras de couplage. Plus precisément, on `:
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~12~4~3 creuse d'abord dans chacun de ces blocs un demi premier guide d'ondes principal et un demi deuxième guide d'ondes principal parallèle au premier et de ~eme largeur b et profondeur a/2, puis plusieurs demi-bras de couplage parallèles entre eux et de même longueur~ g/4. On assemble ensuite les deux coquilles de manière à mettre les demi-guides d'ondes principaux en face les uns des autres, ainsi que les demi-bras de couplage.
Pour obtenir de bonnes performances électriques et notamment de faibles pertes passives ou liné~ques, il est nécessaire que le plan de jonction dl~us un guide d'ondes en mode TE 10 rectangulaire passe par les milieux des grands côtés des guides d'ondes principaux et des guides d'ondes formant les bras de couplage, c'est-à-dire par les lignes médianes des grandes faces. C'est en effet au voisinage de ces lignes médianes qu'il n'y a pas de courant électromagnétique longitudinal, ce qui permet d'évlter, sans inconvénient, la réalisation de con~acts mécano-électriques parfaits entre les deux blocs.
Ceci est la raison pour laquelle les techniciens réalisant des coupleurs de ce type le forment en deux coquilles, ce mode de réalisation étant d'aut.ant plu~ souhaitable que de nombreux éléments hyperfréquences doivent souvent être intégrés dans un même ensemble métallique qui peut alors être entièrement constitué par deux coquilles assemblées après avoir été convenablement usinées.
Dans le domaine des hyperfréquences dont le spectre s'étend du GHz à plusieurs centaines de GHz, de nombreux modes d'usinage peuvent être utilisés, mais à 10 &Hz et, au-dessus, la réalisation des demi-bras de couplage n'est pas aisée à cause des faibles dimensions des guides d'ondes principaux. On peut alors utiliser les procédés suivants :
- électro-érosion pour former les bras de couplage perpendicu-laires aux guides d'ondes principaux. L'épaisseur importante de la paroi ne permet pas d'obtenir par ce procédé une bonne reproductibilité.
- utilisation d'un peigne rabot pour découper les bras de couplage. Ce procédé est précis mécaniquement mais l'outillage est onéreux. ~a mise au point de l'outillage et de l'usinage est longue.
La présente invention a pour but de permettre de réaliser des coupleurs à guides d'ondes ramifiés à faible encombrement, avec une large bande de fréquences, un faible taux d'ondes stationnaires et une grande directivité, et ceci à l'aide d'un procédé d'usinage très simple, utilisant un outillage standard et dont le temps d'usinage soit très court.
Elle a notamment pour objet un coupleur a guides d'ondes ramifiés comportant:
-un premier guide d'ondes principal ayant une section rectan-gulaire avec deux grands côtés et deux petits cotés, ledit premier guide d'ondes présentant deux grandes faces orientées dans une direction selon les deux grands côtés de sa section rectangulaire et deux petites faces orientées dans la meme direction selon les deux petits c8tés de ladite section;
-un deuxieme guide d'ondes principal du meme type que le premier, s'étendant a distance du dernier parallelement a celui-ci et dans la meme direction, avec une de ses grandes faces en regard d'une des grandes faces du premier guide d'ondes; et -plusieurs bras de couplage creux en forme de guides d'ondes a sections rectangulaires avec un grand c8té parallèle et sensiblement coextensif aux grands c8tés des sections des guides d'ondes principaux, lesdits bras de couplage s'étendant parallèlement les uns aux autres entre les deux grandes faces en regard des deux guides d'ondes principaux et s'ouvrant à
leurs deux extrémités dans les deux guides d'ondes principaux pour assurer un couplage entre deux guides d'ondes, caractérisé par le fait que lesdits bras de couplage s'étendent selon une direction faisant, avec la direction des guides d'ondes principaux, un angle (A) inférieur à 90.
L'angle (A) est avantageusement compris entre 25et50.
llZ147~
Le coupleur peut être avantageusement constitué
par deux coquilles conductrices assemblées selon un plan de jonction passant par les milieux des grands côtés des guides d'ondes principaux et des bras de couplage. Ces deux coquilles sont usinées en creux, a partir de ce plan de jonction, pour former les guides d'ondes principaux et les bras de couplage.
Chacune de ces coquilles comporte:
-un demi premier guide d'ondes principal -un demi deuxième guide d'ondes principal parallèle au premier et de même large~r (b) et profondeur la/2?, -et plusieurs demi-bras de couplage parallèles entre eux, de même longueur (k) et formant ledit angle (A) avec les demi-guides d'ondes principaux. Le sinus de cet angle (A) est alors de préférence inférieur à l'expression ::
..~ ~ ... .
~ ''~ ' ' ~Z~3 2 b/ (a-k).
Ce choix de l'angle (A) permet un usinage facile des demi-bras de couplage a l'aide d'une fraise circulaire dont l'axe de rotation est parallele au plan de jonction, au-dessus de celui-cl, et perpendiculalre aux demi-bras de couplage, sans que cette fraise risque d'attaquer a la fois les deux grandes faces de chacun des deux demi-guides d'ondes principaux.
A l'aide des figures schématiques 1 a 7 ci-jointes, on va decrire ci-après, a titre non limitatif, comment l'invention peut être mise en oeuvre.
Les elements qui se correspondent sur plusieurs de ces figures y sont designes par les mêmes signes de reference.
La figure 1 représente une vue en perspective d'un coupleur a guides d'ondes ramifiés de type connu et montre la position des grands et petits côtés de longueur (a) et (b) respectivement de la section rectangulaire des guides d'ondes principaux.
La figure 2 représente une vue en perspective d'un coupleur selon l'invention.
La figure 3 représente une vue en perspective d'une coquille conductrice creusée à partir d'un plan de jonction pour permettre la constitution d'un coupleur selon l'invention par assemblage avec une autre coquille symétrique par rapport au plan de jonction de celle représentée.
Les figures 4 et 5 représentent des vues de la coquille de la figure 3 en coupe par des plans IV-IV et V-V respectivement parallele au plan de jonction et perpen-diculaire a ce plan en passant par l'axe d'un demi-bras de couplage.
La figure 6 représente une vue de dessus d'une coquille permettant de réaliser un diplexeur faisant ~2~4~73 application de l'invention.
La figure 7 représente une coupe de cette m~me coquille par un plan perpendiculaire à celui de la figure 6 et passant par l'axe d'un guide d'ondes principal.
La figure 1 represente un coupleur de type connu a deux bras de couplage 2 et 4 reliant deux guides d'ondes principaux paralleles 6 et 8.
.: , ! ` - " . , . . . , j, ', ' : : , . ' . ,, :
"i . .
112~ 3 Le coupleur selon l'invention représenté sur la figure 2 est une variante du coupleur à bras ramifiés classique en guides d'ondes rectangulaires. Il diffère en ce que les bras de couplage sont fortement inclinés (45. 60 ou plus) par rapport aux bras de couplage classiques en té, qui étaient perpendiculaires aux guides d'ondes principaux 12 et 14. Le tracé en pointillé sur la figure 2 représente le plan de jonction de deux demi-coquilles.
Ce coupleur a été réal sé avec A = 45 et un couplage de 3dB et avec A = 30 et un couplage de 3dB.
Les capacités et inductances parasites semblent plus faibles que dans un coupleur à bras ramifies classique, et ceci entraîne de très bonnes perormances électriques.
De plus, l'inclinaison des bras de couplage permet une réalisa-tion simple et rapide. Le~ écarts entre points homologues des ouvertures des bras dans chacun des grands côtés des guides d'ondes sont de A g/4, tandis que la longueur des bras est un peu in~érieure à~g/4 ; l'inclinai-son des bras permet alors d'utiliser une paroi relativement mince 11 (figures 4 et 5) entre les deux guideq d'ondes principaux 12 et 14, et d'autant plu~ mince que l'inclinaison est forte, c'est-à-dire que l'angle A
est petit. Cette caractéristique est intéressante, spécialement aux basses fréquences du spectre hyperfréquence, lorsque l'on désire une réduction de poids et de volume. Cette épaisseur est approximativement égale à 0,23~ g Sin A.
On a notamment réalisé un coupleur hybride à 3dB pour une bande de fréquences de 31 à 48GHz. Le~ côtés (a) et (b) des guides d'ondes principaux étaient :
a = 7,112 mm b = 3,556 mm.
Pour cette bande de fréquences la largeur de bande est grande :
environ 40 %, en ce qui concerne la longueur d'onde guidée. Pour que le coupleur directif ait un taux d'ondes stationnaires inférieur à 1,05, huit ~, ~. . .
bras de couplage sont nécessaires. L'angle d'inclinaison des bras a été
choisi de 60, c'est-à-dire que A = 30.
Une particularité apparaît dans ce type de coupleur : les plans de phase aux sorties de deux guides d'on-3es principaux sont décalés et fonction de l'inclinaison des bras de couplage.
Un tel coupleur, quelle que soit la valeur du couplage, peut être usiné simplement et rapidement avec un outillage standard. Ceci est notamment important dans le spectre des hyperfréquences de 10 G;~z à 100 GHz et au-dessus où les guides d'ondes sont Grès petits.
Pour réaliser ce coupleur à bras inclinés on utilise des fraises scies standard, par exemple : fraise-scie de diamètre 20 mm pour un coupleur en guide WR28 dans lequel a = 7,112 mm b = 3,556 mm.
Les figures 4 et 5 représentent la position de la fraise 16 en cours d'usinage d'un bras de couplage 10.
On remarque que, grâce à l'inclinaison, seule la paroi centrale est usinée.
Dans le cas du coupleur à branches classiques cet usinage n'est pas possible même avec des petites fraises spéciales.
On remarque aussi que l'axe 18 de la fraise peut être de gros diamètre, garant d'un usinage précis.
Ce type d'usinage peut être effectué sur une fraiseuse standard de précision avec un temps d'u~inage inférieur à 30 minutes pour un ooupleur fabriqué en série.
Il est facile de voir, à l'aide de la figure 5, que si l'on veut que l'axe 18 soit situé au-dessus du plan de jonction, lors de l'usinage d'une coquille, et QU ~ il permette d'usiner les demi-bras de couplage sur toute leur profondeur sans atteindre les grandes faces des guides d'ondes
3 principaux 12 et 14 opposées à la paroi médiane 11, il faut que sin. A soit inférieur à 2 b/(a-k). En fait, sin. A doit être sensiblement inférieur à
cette valeur si l'on veut utiliser un axe 18 de gros diamètre situé
entièrement au-d63su3 du r,]~n d~! iof!r~lon Les figures 6, 7 représentent l'application de deux coupleurs hybrides - 3dB dans un montage diplexeur de fréquences.
Ce système, de principe bien connu, comprend deux filtres passe bande, un sur chaque guide d'ondes principal, constitués de cavités 20, 22>
24 délimitées par des iris 26, 28 30, 32 et munies de vis de réglage telles que 34 faisant pénétrer une tige de silice 36 dans la cavité. Ces deux filtres sont insérés entre deux coupleurs - 3dB C1 et C2 du type déjà
déorit.
Dans une voie d'entrée V1 constituant un guide d'orrdes prinoipal, pénètrer.t deux bandes de fréquences B1 et B2. Le coupleur C1 divise les énergies en deux parties égales. Les filtres passe bande accordés sur B1 sont transparents pour cette bande B1 et l'énergie se recombine grâce à C2 et ressort en voie V4.
Par contr~, la bande B2 est réfléchie sur les filtres passe bande et, par les propriétés de phase du coupleur C1, l'énergie de B2 ressort en voie V2. Ce système est réciproque.
L'angle d'inclinaison des bras de couplage a été choisi de 60, c'està-dire que A = 30.
Les deux filtres sont décalés de 1,42 mm pour compenser les différences de phase provoquées par les ~oupleurs à bras inclinés, le décalage des ouverture~ des bras dans un des guides d'ondes principaux par rapport aux ouvertures correspondantes des bras dans l'autre guide d'ondes principal étant de 2,08 mm. Le décalage des filtres semble devoir être toujours inférieur à celui des ouvertures des bras, en restant supérieur à
sa moitié.
Les filtres passe bande peuvent être remplacés par des filtres passe haut ou passe bas, suivant le système désiré.
Ce type de diplexeur peut être utilisé dans des systèmes de filtrages des sous-bandes de liaisons par guides d'onde~ circulaires de systèmes de faisceaux hertziens ou de filtres de puissance destinés à
réunir des énergies d'émetteurs vers une antenne unique.
- 7 - ~
.
L'adoption des coupleurs à bras inclinés selon l'invention permet d'obtenir d'excellentes caractéristiques électriques dans de grandes bandes de fréquences.
Ce~ coupleurs permettent d'obteni r une directivité supérieure à
3O dB dans une bande de fréquences de 32 à 40 GHz, avec un taux d'ondes stationnaires inférieur à 1,05 et des pertes d'insertion inférieures à 0,15 dB.
cette valeur si l'on veut utiliser un axe 18 de gros diamètre situé
entièrement au-d63su3 du r,]~n d~! iof!r~lon Les figures 6, 7 représentent l'application de deux coupleurs hybrides - 3dB dans un montage diplexeur de fréquences.
Ce système, de principe bien connu, comprend deux filtres passe bande, un sur chaque guide d'ondes principal, constitués de cavités 20, 22>
24 délimitées par des iris 26, 28 30, 32 et munies de vis de réglage telles que 34 faisant pénétrer une tige de silice 36 dans la cavité. Ces deux filtres sont insérés entre deux coupleurs - 3dB C1 et C2 du type déjà
déorit.
Dans une voie d'entrée V1 constituant un guide d'orrdes prinoipal, pénètrer.t deux bandes de fréquences B1 et B2. Le coupleur C1 divise les énergies en deux parties égales. Les filtres passe bande accordés sur B1 sont transparents pour cette bande B1 et l'énergie se recombine grâce à C2 et ressort en voie V4.
Par contr~, la bande B2 est réfléchie sur les filtres passe bande et, par les propriétés de phase du coupleur C1, l'énergie de B2 ressort en voie V2. Ce système est réciproque.
L'angle d'inclinaison des bras de couplage a été choisi de 60, c'està-dire que A = 30.
Les deux filtres sont décalés de 1,42 mm pour compenser les différences de phase provoquées par les ~oupleurs à bras inclinés, le décalage des ouverture~ des bras dans un des guides d'ondes principaux par rapport aux ouvertures correspondantes des bras dans l'autre guide d'ondes principal étant de 2,08 mm. Le décalage des filtres semble devoir être toujours inférieur à celui des ouvertures des bras, en restant supérieur à
sa moitié.
Les filtres passe bande peuvent être remplacés par des filtres passe haut ou passe bas, suivant le système désiré.
Ce type de diplexeur peut être utilisé dans des systèmes de filtrages des sous-bandes de liaisons par guides d'onde~ circulaires de systèmes de faisceaux hertziens ou de filtres de puissance destinés à
réunir des énergies d'émetteurs vers une antenne unique.
- 7 - ~
.
L'adoption des coupleurs à bras inclinés selon l'invention permet d'obtenir d'excellentes caractéristiques électriques dans de grandes bandes de fréquences.
Ce~ coupleurs permettent d'obteni r une directivité supérieure à
3O dB dans une bande de fréquences de 32 à 40 GHz, avec un taux d'ondes stationnaires inférieur à 1,05 et des pertes d'insertion inférieures à 0,15 dB.
Claims (5)
1. Coupleur à guides d'ondes ramifiés comportant:
- un premier guide d'ondes principal ayant une section rectan-gulaire avec deux grands côtés et deux petits côtés, ledit premier guide d'ondes présentant deux grandes faces orientées dans une direction selon les deux grands côtés de sa section rectangulaire et deux petites faces orientées dans la même direction selon les deux petits côtés de ladite section;
- un deuxième guide d'ondes principal du même type que le premier, s'étendant à distance du dernier parallèlement à
celui-ci et dans la même direction avec une de ses grandes faces en regard d'une des grandes faces du premier guide d'ondes; et - plusieurs bras de couplage creux en forme de guides d'ondes à sections rectangulaires avec un grand côté parallèle et sensiblement coextensif aux grands côtés des sections des guides d'ondes principaux, lesdits bras de couplage s'étendant parallèlement les uns aux autres entre les deux grandes faces en regard des deux guides d'ondes principaux et s'ouvrant à
leurs deux extrémités dans les deux guides d'ondes principaux pour assurer un couplage entre ces deux guides d'ondes, caractérisé par le fait que lesdits bras de couplage s'étendent selon une direction faisant, avec la direction des guides d'ondes principaux, un angle (A) inférieur à 90°.
- un premier guide d'ondes principal ayant une section rectan-gulaire avec deux grands côtés et deux petits côtés, ledit premier guide d'ondes présentant deux grandes faces orientées dans une direction selon les deux grands côtés de sa section rectangulaire et deux petites faces orientées dans la même direction selon les deux petits côtés de ladite section;
- un deuxième guide d'ondes principal du même type que le premier, s'étendant à distance du dernier parallèlement à
celui-ci et dans la même direction avec une de ses grandes faces en regard d'une des grandes faces du premier guide d'ondes; et - plusieurs bras de couplage creux en forme de guides d'ondes à sections rectangulaires avec un grand côté parallèle et sensiblement coextensif aux grands côtés des sections des guides d'ondes principaux, lesdits bras de couplage s'étendant parallèlement les uns aux autres entre les deux grandes faces en regard des deux guides d'ondes principaux et s'ouvrant à
leurs deux extrémités dans les deux guides d'ondes principaux pour assurer un couplage entre ces deux guides d'ondes, caractérisé par le fait que lesdits bras de couplage s'étendent selon une direction faisant, avec la direction des guides d'ondes principaux, un angle (A) inférieur à 90°.
2. Coupleur selon la revendication 1, caractérisé
par le fait que ledit angle (A) est compris entre 25° et 50°.
par le fait que ledit angle (A) est compris entre 25° et 50°.
3. Coupleur selon la revendication 1 constitué par deux coquilles conductrices assemblées selon un plan de jonction passant par les milieux des grands côtés des guides d'ondes principaux et des bras de couplage, ces deux co-quilles étant usinées en creux, à partir de ce plan de jonction, pour former les guides d'ondes principaux et les bras de couplage, chacune de ces coquilles comportant:
- un demi premier guide d'ondes principal, - un demi deuxième guide d'ondes principal parallèle au premier et de même largeur et même profondeur, - et plusieurs demi-bras de couplage parallèles entre eux, de même longueur et formant ledit angle (A) avec les demi-bras principaux, caractérisé par le fait que le sinus de cet angle (A) est inférieur à l'expression 2 b/ (a-k)
- un demi premier guide d'ondes principal, - un demi deuxième guide d'ondes principal parallèle au premier et de même largeur et même profondeur, - et plusieurs demi-bras de couplage parallèles entre eux, de même longueur et formant ledit angle (A) avec les demi-bras principaux, caractérisé par le fait que le sinus de cet angle (A) est inférieur à l'expression 2 b/ (a-k)
4. Diplexeur comportant:
- un premier guide d'ondes principal ayant une section rectangulaire, avec grands côtés et deux petits côtés, ledit premier guide d'ondes présentant deux grandes faces orientées dans une direction selon les deux grands côtés de sa section rectangulaire et deux petites faces orientées dans la même direction selon les deux petits côtés de ladite section;
- un deuxième guide d'ondes principal du même type que le premier, s'étendant à distance de ce dernier parallèlement à
celui-ci et dans la même direction avec une grande face en regard d'une grande face du premier, - deux coupleurs à demi-énergie constitués chacun de plusieurs bras de couplage creux en forme de guides d'ondes s'étendant parallèlement les uns aux autres entre les deux faces en regard des deux guides d'ondes principaux, chacun de ces bras s'ouvrant à ses deux extrémités dans les deux guides d'ondes principaux pour assurer un couplage entre ces deux guides, et - un filtre de fréquences dispose sur chaque guide d'ondes principal entre les ouvertures des bras de couplage des deux coupleurs, caractérisé par le fait que:
- les bras de couplage s'étendent selon une direction faisant, avec la direction des guides d'ondes principaux, un angle (A) inférieur à 90° de manière à créer un décalage relatif des ouvertures de chacun de ces bras dans les deux guides d'ondes principaux, ledit angle (A) étant le même avec une inclinaison dans le même sens pour les deux coupleurs, et - les deux filtres de fréquences sont disposés sur les deux guides d'ondes principaux avec un décalage relatif de même sens que celui des ouvertures des bras, et de grandeur com-prise entre 50% et 100% de la grandeur de ce dernier.
- un premier guide d'ondes principal ayant une section rectangulaire, avec grands côtés et deux petits côtés, ledit premier guide d'ondes présentant deux grandes faces orientées dans une direction selon les deux grands côtés de sa section rectangulaire et deux petites faces orientées dans la même direction selon les deux petits côtés de ladite section;
- un deuxième guide d'ondes principal du même type que le premier, s'étendant à distance de ce dernier parallèlement à
celui-ci et dans la même direction avec une grande face en regard d'une grande face du premier, - deux coupleurs à demi-énergie constitués chacun de plusieurs bras de couplage creux en forme de guides d'ondes s'étendant parallèlement les uns aux autres entre les deux faces en regard des deux guides d'ondes principaux, chacun de ces bras s'ouvrant à ses deux extrémités dans les deux guides d'ondes principaux pour assurer un couplage entre ces deux guides, et - un filtre de fréquences dispose sur chaque guide d'ondes principal entre les ouvertures des bras de couplage des deux coupleurs, caractérisé par le fait que:
- les bras de couplage s'étendent selon une direction faisant, avec la direction des guides d'ondes principaux, un angle (A) inférieur à 90° de manière à créer un décalage relatif des ouvertures de chacun de ces bras dans les deux guides d'ondes principaux, ledit angle (A) étant le même avec une inclinaison dans le même sens pour les deux coupleurs, et - les deux filtres de fréquences sont disposés sur les deux guides d'ondes principaux avec un décalage relatif de même sens que celui des ouvertures des bras, et de grandeur com-prise entre 50% et 100% de la grandeur de ce dernier.
5. Diplexeur selon la revendication 4, constitué
par deux coquilles conductrices assemblées selon un plan de jonction passant par les milieux des grands côtés des guides d'ondes principaux et des guides d'ondes formant les bras de couplage, ces deux coquilles étant usinées en creux, à
partir de ce plan de jonction, pour former les guides d'ondes principaux et les bras de couplage, chacune de ces coquilles comportant:
- un demi premier guide d'ondes principal, - un demi deuxième guide d'ondes principal parallèle au premier et de même largeur et même profondeur, - et plusieurs demi-bras de couplage parallèles entre eux, de même longueur et formant ledit angle (A) avec les demi-bras principaux, caractérisé par le fait que le sinus de cet angle (A) est inférieur à l'expression 2 b/ (a-k).
par deux coquilles conductrices assemblées selon un plan de jonction passant par les milieux des grands côtés des guides d'ondes principaux et des guides d'ondes formant les bras de couplage, ces deux coquilles étant usinées en creux, à
partir de ce plan de jonction, pour former les guides d'ondes principaux et les bras de couplage, chacune de ces coquilles comportant:
- un demi premier guide d'ondes principal, - un demi deuxième guide d'ondes principal parallèle au premier et de même largeur et même profondeur, - et plusieurs demi-bras de couplage parallèles entre eux, de même longueur et formant ledit angle (A) avec les demi-bras principaux, caractérisé par le fait que le sinus de cet angle (A) est inférieur à l'expression 2 b/ (a-k).
Applications Claiming Priority (2)
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