CA1312930C - Combineur/diviseur multivoie - Google Patents
Combineur/diviseur multivoieInfo
- Publication number
- CA1312930C CA1312930C CA000594055A CA594055A CA1312930C CA 1312930 C CA1312930 C CA 1312930C CA 000594055 A CA000594055 A CA 000594055A CA 594055 A CA594055 A CA 594055A CA 1312930 C CA1312930 C CA 1312930C
- Authority
- CA
- Canada
- Prior art keywords
- radial
- combiner
- divider according
- spine
- divider
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
- Microwave Amplifiers (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
L'invention concerne un dispositif pour combiner ou diviser les puissances de signaux électromagnétiques et plus particulièrement un dispositif du mode radial. Dans un combineur/diviseur qui comprend deux disques métalliques (20 21), définissant un espace annulaire de propagation, chaque voie est séparée de la voie adjacente par une fente radiale (43) qui est disposée dans le disque inférieur (20) et qui s'étend de l'ouverture centrale (25) à la couronne périphérique (22). En outre, chaque voie ainsi définie comporte une échine radiale (33). L'invention est applicable aux émetteurs, notamment ceux utilisés dans les radars. Figure 6
Description
~3~?~3é;~
L'invention concerne les dispositis pour sommer ou combiner N signaux hyperfréquence équiphase et équiamplitude qui proviennent de N amplificateurs de puissance ou voies; elle concerne également ces mêmes dispositifs dans lesquels un signal hyperfréquence est distribué ou divisé de manière identique sur N canaux ou voies~
Un but de la présente invention est de réaliser un combineur/diviseur multivoie du type radial qui présente un découplage amélioré de manière à supporter un nombre accru de coupleurs non alimentés sans risque de dégradation des amplificateurs associés aux coupleurs alimentés.
Plus spécifiquement, l'invention se rapporte à un combineur/diviseur multivoie du type radial pour signaux hyperfréquence de longueur d'onde b qui comprend un ensemble formé de:
une paire de disques metalliques de forme circulaire ou polygonale, superposés de façon à définir une cavité fermée d'épaisseur ~, la cavité présentant une ouverture centrale circulaire qui recoit une ligne coaxiale, et N voies de transmission radiales communiquant avec l'ouverture centrale;
une couronne péripherique fixée aux disques inférieur et supérleur, sur laquelle sont connectés N lignes coaxiales et N coupleurs correspondants, disposés régulièrement sur la couronne, caracterise en ce que chaque voie de transmission comporte une échine radiale qui s'étend de l'ouverture centrale vers le coupleur correspondant pour concentrer le champ électrique, ainsi qu'une paire de fentes radiales disposees de part et d'autre du coupleur correspondant.
Selon des modes de réalisation préférés:
.-. ~
- les fentes radiales ont une longueur qui est un multiple entier de b/4 et comportent à chaque distance b/4 une résistance d'absorption;
le coupleur est réalisé à l'aide d'une palette qui a la forme d'un secteur annulaire et qui est surmonté d'une échine radiale dont la hauteur peut être variable;
- lorsque les fentes radiales ne s'étendent pas jusqu'au centre, le disque supérieur présente des fentes radiales qui prolongent celles du disque inférieur;
- il est prévu des moyens d'absorption de l'énergie hyperfréquence qui est rayonnée par les fentes radiales.
Bien entendu, les rôles des disques inférieur et supérieur peuvent être intervertis. En outre, les échines radiales peuvent être disposées sur chaque disque à
condition qu'elles ne soient pas en contact.
D'autres caractéristiques et avantages de la presente invention apparaitront à la lecture de la description suivante, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints dans lesquels:
- la figure 1 est un combineur/diviseur multivoie du type coupleurs en cascade selon l'art antérieur, - la figure 2 est un combineur/diviseur multivoie du type chandelier selon l'art antérieur, - la figure 3 est un combineur/diviseur multivoie du type radial en technologie microstrip selon l'art antérieur, - les figures 4 et 5 sont des vues de dessus et en coupe d'un combineur/diviseur multivoie en mode radial selon l'art antérieur, - les figures 6 et 7 sont respectivement des vues de dessus et en coupe d'un combineur/diviseur multivoie selon la présente invention, ~ 2~
la figure 8 est une vue de dessus d'ur coupleur et d'une échine selon l'invention, et - la figure 9 est une vue en coupe selon la ligne IX-IX de la figure 8.
Les derniers etAges de puissance des émetteurs hyperfréquence, notamment ceux utilisés dans les radars, sont de plus en plus réalisés à l'aide de dispositifs à
semiconducteurs. Comme la puissance fournie par les semiconducteurs n'atteint pas encore celle des tubes, il est prévu de combiner les signaux de sortie de plusieurs voies identiques pour obtenir par addition la puissance requise.
Cette combinaison ou s~mmation peut être réalisée de différences manières.
L'une de ces manières consiste à utiliser une structure du type coupleurs en cascade comme le montre la figure 1. Cette structure comprend par exemple un nombre k de coupleurs diviseurs Dk à Dl disposés en série qui divisent la puissance d'entree Pe dans les rapports 1/k et k/k+l de manière à aiguiller un signal de puissance Pe/k+l vers un amplificateur Ak de gain G et un signal de puissance kPe/k+l vers l'entrée du coupleur suivant. Les signaux amplifiés sont recombinés à l'aide de k coupleurs combineurs ou additior~neurs Cl à Ck qui ont les mêmes rapports définis ci-dessus pour les coupleurs diviseurs Dl à Dk de manière à
additionner les signaux qui sont appliqués à leurs deux entrées.
Une telle structure permet d'utiliser des amplificateurs de puissance A0 à Ak à semiconducteurs dont les signaux de sortie sont combinés dans les coupleurs Ck à
Cl de sorte que la puissance Pe du signal à l'entrée de la structure est multipliée par un gain G.
Cette structure présente l'inconvénient majeur de présenter des pertes d'insertion importantes de sorte que ~ 3~ 2.~
son efficacité diminue rapidement avec le nombre de voies d'amplification utilisées. En outre, il est nécessaire d'obtenir des valeurs de couplage très précises, d'autant plus précises que le nombre de voies est élevé.
Une autre structure qui est utilisée est celle du type chandelier telle que celle montrée schématiquement par la figure 2. Sur cette figure, on n'a représenté que la partie correspondant à la combinaison ou l'addition des signaux de sortie de N=8 (N=2n) amplificateurs Al à AN mais on comprend que les signaux d'entrée de ces amplificateurs sont obtenus par un réseau diviseur du tvpe chandelier. Les N signaux de sortie des amplificateurs Al à AN sont appliqués deux à deux à N/2=4 combineurs à deux voies B1 à
B4 qui sont connus sous le nom de combineurs du type "Wilkinson deux voies". A leur tour, les N/2=4 signaux résultant de la combinaison sont appliqués à N/4=2 combineurs B5 et B6 et ainsi de suite jusqu'à ne plus avoir qu'une seule sortie, celle du combineur B7 quand N=8.
Une telle structure permet d'obtenir un bon découplage entre les différentes voies mais les pertes d'insertion sont proportionnelles au nombre d'éléments mis en série. Une troisième structure utilisée pour réaliser un combineur/diviseur est celle du type radial mettant en oeuvre une technologie dite à ruban ou microstrip. Elle est constituée, comme le montre la figure 3, qui est une vue de dessus, d'un substrat l de forme circulaire en un materiau diélectrique qui est métallisé sur la face inferieure. La face supérieure du substrat 1 est divisée en N=12 secteurs métalliques correspondant chacun à une ligne radiale Sl à SN
qui se termine par une ligne microstrip Ll à LN reliée respectivement à une borne Dl à DN. Le centre des secteurs radiaux est couple à une ligne coaxiale non représentée.
Des résistances Rl à RN sont connectées entre les
L'invention concerne les dispositis pour sommer ou combiner N signaux hyperfréquence équiphase et équiamplitude qui proviennent de N amplificateurs de puissance ou voies; elle concerne également ces mêmes dispositifs dans lesquels un signal hyperfréquence est distribué ou divisé de manière identique sur N canaux ou voies~
Un but de la présente invention est de réaliser un combineur/diviseur multivoie du type radial qui présente un découplage amélioré de manière à supporter un nombre accru de coupleurs non alimentés sans risque de dégradation des amplificateurs associés aux coupleurs alimentés.
Plus spécifiquement, l'invention se rapporte à un combineur/diviseur multivoie du type radial pour signaux hyperfréquence de longueur d'onde b qui comprend un ensemble formé de:
une paire de disques metalliques de forme circulaire ou polygonale, superposés de façon à définir une cavité fermée d'épaisseur ~, la cavité présentant une ouverture centrale circulaire qui recoit une ligne coaxiale, et N voies de transmission radiales communiquant avec l'ouverture centrale;
une couronne péripherique fixée aux disques inférieur et supérleur, sur laquelle sont connectés N lignes coaxiales et N coupleurs correspondants, disposés régulièrement sur la couronne, caracterise en ce que chaque voie de transmission comporte une échine radiale qui s'étend de l'ouverture centrale vers le coupleur correspondant pour concentrer le champ électrique, ainsi qu'une paire de fentes radiales disposees de part et d'autre du coupleur correspondant.
Selon des modes de réalisation préférés:
.-. ~
- les fentes radiales ont une longueur qui est un multiple entier de b/4 et comportent à chaque distance b/4 une résistance d'absorption;
le coupleur est réalisé à l'aide d'une palette qui a la forme d'un secteur annulaire et qui est surmonté d'une échine radiale dont la hauteur peut être variable;
- lorsque les fentes radiales ne s'étendent pas jusqu'au centre, le disque supérieur présente des fentes radiales qui prolongent celles du disque inférieur;
- il est prévu des moyens d'absorption de l'énergie hyperfréquence qui est rayonnée par les fentes radiales.
Bien entendu, les rôles des disques inférieur et supérieur peuvent être intervertis. En outre, les échines radiales peuvent être disposées sur chaque disque à
condition qu'elles ne soient pas en contact.
D'autres caractéristiques et avantages de la presente invention apparaitront à la lecture de la description suivante, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints dans lesquels:
- la figure 1 est un combineur/diviseur multivoie du type coupleurs en cascade selon l'art antérieur, - la figure 2 est un combineur/diviseur multivoie du type chandelier selon l'art antérieur, - la figure 3 est un combineur/diviseur multivoie du type radial en technologie microstrip selon l'art antérieur, - les figures 4 et 5 sont des vues de dessus et en coupe d'un combineur/diviseur multivoie en mode radial selon l'art antérieur, - les figures 6 et 7 sont respectivement des vues de dessus et en coupe d'un combineur/diviseur multivoie selon la présente invention, ~ 2~
la figure 8 est une vue de dessus d'ur coupleur et d'une échine selon l'invention, et - la figure 9 est une vue en coupe selon la ligne IX-IX de la figure 8.
Les derniers etAges de puissance des émetteurs hyperfréquence, notamment ceux utilisés dans les radars, sont de plus en plus réalisés à l'aide de dispositifs à
semiconducteurs. Comme la puissance fournie par les semiconducteurs n'atteint pas encore celle des tubes, il est prévu de combiner les signaux de sortie de plusieurs voies identiques pour obtenir par addition la puissance requise.
Cette combinaison ou s~mmation peut être réalisée de différences manières.
L'une de ces manières consiste à utiliser une structure du type coupleurs en cascade comme le montre la figure 1. Cette structure comprend par exemple un nombre k de coupleurs diviseurs Dk à Dl disposés en série qui divisent la puissance d'entree Pe dans les rapports 1/k et k/k+l de manière à aiguiller un signal de puissance Pe/k+l vers un amplificateur Ak de gain G et un signal de puissance kPe/k+l vers l'entrée du coupleur suivant. Les signaux amplifiés sont recombinés à l'aide de k coupleurs combineurs ou additior~neurs Cl à Ck qui ont les mêmes rapports définis ci-dessus pour les coupleurs diviseurs Dl à Dk de manière à
additionner les signaux qui sont appliqués à leurs deux entrées.
Une telle structure permet d'utiliser des amplificateurs de puissance A0 à Ak à semiconducteurs dont les signaux de sortie sont combinés dans les coupleurs Ck à
Cl de sorte que la puissance Pe du signal à l'entrée de la structure est multipliée par un gain G.
Cette structure présente l'inconvénient majeur de présenter des pertes d'insertion importantes de sorte que ~ 3~ 2.~
son efficacité diminue rapidement avec le nombre de voies d'amplification utilisées. En outre, il est nécessaire d'obtenir des valeurs de couplage très précises, d'autant plus précises que le nombre de voies est élevé.
Une autre structure qui est utilisée est celle du type chandelier telle que celle montrée schématiquement par la figure 2. Sur cette figure, on n'a représenté que la partie correspondant à la combinaison ou l'addition des signaux de sortie de N=8 (N=2n) amplificateurs Al à AN mais on comprend que les signaux d'entrée de ces amplificateurs sont obtenus par un réseau diviseur du tvpe chandelier. Les N signaux de sortie des amplificateurs Al à AN sont appliqués deux à deux à N/2=4 combineurs à deux voies B1 à
B4 qui sont connus sous le nom de combineurs du type "Wilkinson deux voies". A leur tour, les N/2=4 signaux résultant de la combinaison sont appliqués à N/4=2 combineurs B5 et B6 et ainsi de suite jusqu'à ne plus avoir qu'une seule sortie, celle du combineur B7 quand N=8.
Une telle structure permet d'obtenir un bon découplage entre les différentes voies mais les pertes d'insertion sont proportionnelles au nombre d'éléments mis en série. Une troisième structure utilisée pour réaliser un combineur/diviseur est celle du type radial mettant en oeuvre une technologie dite à ruban ou microstrip. Elle est constituée, comme le montre la figure 3, qui est une vue de dessus, d'un substrat l de forme circulaire en un materiau diélectrique qui est métallisé sur la face inferieure. La face supérieure du substrat 1 est divisée en N=12 secteurs métalliques correspondant chacun à une ligne radiale Sl à SN
qui se termine par une ligne microstrip Ll à LN reliée respectivement à une borne Dl à DN. Le centre des secteurs radiaux est couple à une ligne coaxiale non représentée.
Des résistances Rl à RN sont connectées entre les
2 J ";l différentes voies pour absorber les différences d'énergie entre les voies en cas de dissymétries qui pourraient appara~tre entre les voies.
Cette structure a une grande efficacité, de l'ordre de 95%, mais elle ne peut convenir que pour des puissances relativement faibles de 1'ordre de cinquante watts en valeur moyenne et un à deux kilowatts en valeur crête au ce~tre.
Enfin, pour des puissances plus importantes en valeur crête, de l'ordre de plusieurs kilowatts, on utilise une structure de type radial mais dans laquelle la propagation des ondes a lieu suivant une mode radial. Comme le montrent les figures 4 et 5, qui sont, la première une vue de dessus partiellement ouverte et la deuxième une vue en coupe diamétrale suivant la ligne V.V de la figure 4, la structure comprend deux disques parallèles 10 et 11 qui définissent entre eux un espace circulaire 12 se terminant à la périphérie des disques par une paroi 13. Cette paroi 13 supporte N=16 sorties coaxiales 14 qui sont connectées chacune à un coupleur 15 disposé à la periphérie interne de l'espace circulaire 12. Le disque supérieur ne comporte pas d'ouverture, mais le disque inférieur 10 est ouvert en son centre pour mettre en place un coupleur 16 dont la partie centrale 17 a une forme évasee à partir d'un barreau cylindrique 18 et dont la partie latérale 19 est de forme cylindrique à section circulaire, l'ensemble barreau-cylindre realisant une ligne coaxiale.
En mode diviseur, les signaux pénètrent au centre du disque et l'effet de la partie évasee 17, appelée suivant le terme anglo-saxon "door knob", est de modifier progressivement la distribution du champ électrique pour qu'il se propage entre les deux disques 10 et 11. La densité du champ électrique diminue au fur et à mesure que l'on s'éloigne du centre et il en résulte une division par N lorsqu'il est recueilli par N coupleurs 15.
Inversement, en mode combineur dans lequel des signaux sont appliques aux coupleurs 15, les champs électriques ainsi que les courants radiaux associés sont de plus en plus intenses en direction de la partie centrale et il en résulte une addition des signaux appliqués à condition que ces derniers soient de même phase et de même amplitude.
Un tel dispositif de ce type est par exemple décrit dans l'article de Bobby J. Sanders paru dans la revue Microwaves de novembre 1980 pp 55-58 et intitulé "Radial Combiner Runs Circles Around Hybrids".
Ce type de structure a une très bonne efficacité et permet de combiner de nombreuses voies, N=llO
dans l'article précité, ainsi que d'obtenir des puissances crête de l'ordre de quelques kilowatts. Cependant, le principal inconvénient est que le découplage entre les voies est donné par lOlog VN, soit -13db pour N=20, de sorte que, en mode combineur, l'onde de retour recu par un coupleur 15, lorsque plusieurs coupleurs ne sont pas alimentés peut être tr~s élevé et occasionner des dégradations des amplificateurs en fonctionnement.
Tel que mentionné prédécemment, un but de la présente invention est de réaliser un combineur/diviseur multivoie du type radial qui présente un découplage améliore de manière à supporter un nombre accru de coupleurs non alimentés sans risque de dégradation des amplificateurs associés aux coupleurs alimentés.
Le combineur/diviseur multivoie selon l'invention sera décrit en relation avec les figures 6 à 9.
Il comprend, comme dans la structure de l'art antérieur des figures 4 et 5, deux disques metalliques de forme circulaire, l'un inferieur 20 et l'autre supérieur 21, qui sont séparés l'un de l'autre par une distance e imposee par la hauteur d'une paroi périphérique ou couronne 22. Cette paroi 22, qui repose sur le disque inférieur 20, est métallique et de forme circulaire ou polygonale. Cette paroi sert de support du côté extérieur, à des connecteurs coaxiaux 41 au nombre de N=16 uniformément répartis sur le pourtour et sur lesquels viennent s'enficher des câbles coaxiaux non représentés sur la figure. Du côte intérieur, c'est-à-dire dans l'espace annulaire 23 entre les deux disques 20 et 21, chaque conducteur central des connecteurs coaxiaux 41 est fixé
à chacun des N=16 coupleurs 24 qui seront décrits plus en détail en relation avec les figures 8 et 9. La paroi 22 sert de support et de fixation aux deux disques 20 et 21 par l'intermédiaire de percages, de trous taraudés et de vis associes qui n'ont pas été représentés.
Le disque supérieur 21 est plein mais peut comporter des ouvertures radiales comme cela sera expliqué ci-après.
Le disque inf~rieur 20 présente une ouverture centrale circulaire 25 au milieu de laquelle est disposée une tige cylindrique 26 d'un élément 27 en forme de soupape, soupape dont la tête 30 vient en contact avec le disque supérieur 21 et y est fixé par tous moyens connus. Au bord 28 de l'ouverture circulaire 25 est fixé un manchon ou fût cylindrique 29 qui coopère avec la tige 26 pour former une ligne coaxiale. Par ailleurs, la tête 30 de l'élement 27 et notamment la partie evasée, coopère avec l'espace annulaire 23 pour réaliser un couplage electromagnétique entre la ligne coaxiale et ledit espace 23. Le couplage est obtenu par une modification progressive de l'orientation du champ électri~ue comme ~ ~ L h é ~ ~ 3 ~
le montrent les fl~ches 31 représentant le sens dudit champ.
Selon l'invention, il est proposé de séparer les coupleurs 24 les uns des autres par des fentes radiales 43 qui s'étendent non seulement sur la longueur radiale des coupleurs 24 mais qui se prolon~ent vers le centre jusqu'a une certaine distance du bord circulaire 28. La longueur et la largeur des fentes doivent être compatibles avec une bonne tenue mécanique non seulement du disque inférieur 20, mais aussi de l'ensem~le puisque ce dernier supporte le reste de la structure.
En outre, du point de vue électromagnétique, les fentes radiales ont une longueur égale à 3b/4 si b est la longueur d'onde des ondes electromagnétiques. Ces N= 16 fentes définissent entre elles N voies en parallele qui se comportent comme des lignes à ruban ou microstrip.
Pour absorber les dissymetries entre les voies, des résistances 32 sont disposées à une distance b/4 de chaque extrémité des fentes radiales et sont donc séparées entre elles de b/4 dans le cas d'une fente de longueur 3b/4.
Selon l'invention, il est également proposé de placer une echine métallique radiale 33 au centre de chaque voie, cette échine s'étendant du coupleur 24 vers le centre. Cette échine 33 a tendance à concentrer le champ électrique au niveau de chaque voie.
Les figures 8 et 9 correspondent à un exemple particulier de réalisation d'une échine 33 associée à un coupleur 24. En coupe verticale (figure 9), l'échine 33 présente à partir du centre une arête inclinée 34 qui se continue vers la périphérie par une arête horizontale 35 dont la hauteur h est inf~rieure à la distance e entre les deux disques 20 et 21. Les échines 33, dont l'épaisseur est de quelques millimètres, sont fixées sur le disque inférieur 20 par un syst~me de trous taraudés 36 coopérant avec des vis et des orifices du disque inferieur 20 (non représentes).
Chaque échine 33 vient en contact mécanique et électrique avec un coupleur associé 24 qui est constitué
par une palette metallique 37. Cette palette 37 a, en coupe radiale, la forme générale de la lettre L dont une branche 38 repose et est fixée sur le disque inférieur 20 et dont l'autre branche 42 est reliée électxiquement au conducteur central du connecteur coaxial 41. Le dessus de chaque palette 37 est surmonté d'une échine 38 qui est disposée radialement dans le prolongement de l'échine 33. En coupe verticale, cette échine présente une arête inclinée 39 dont la crête 40 surplombe l'échine 33 et dont la hauteur s'amenuise dans la direction de la couronne 22.
Le couplage électromagnétique entre chaque borne coaxiale 41 et la palette associée est réalisé par tous moyens connus et notamment en connectant l'âme 44 de la ligne coaxiale 41 à la palette (orifice 45) de manière à
réaliser une ligne triplaque court-circuitée à b/4 (longueur radiale de la palette) Le couplage électromagn~tique entre chaque palette 37 et la voie associée est obtenu par une transformation de type "Balun" entre une ligne symétrique coaxiale et une ligne dissymétrique en mode TEM radial.
Vue de dessus (figure 8), la palette a la forme d'un secteur circulaire qui a une longueur radiale de b/4 et une largeur angulaire légèrement inférieure à
30 360/N=225 si N=16.
Dans l'e~emple particulier de réalisation qui vient d'être décrit en relation avec les figures 6 ~ 9, les fentes radiales s'étendent entre la couronne et l'ouverture centrale du disque inférieur 20. Dans ~312~3~
certaines applications dans lesquelles le rayon des disques est sup~rieur à 3b/4, il peut être preférable, notamment pour des raisons de tenue mécanique, de ne pas augmenter la longueur radiale de ces fentes en laissant, au niveau de l'ouverture centrale une zone sans fentes.
~ans ce cas, il est proposé de réaliser des fentes radiales sur le disque supérieur au voisinage de la tête de l'élement 27. Ces nouvelles fentes radiales sont situées dans des plans verticaux qui contiennent également les fentes radiales du disque inférieur de manière à constituer le prolongement de ces dernières avec ou sans recouvrement.
Par suite de la présence des fentes radiales, une partie de l'énergie électromagnétique est rayonnée en cas de dissymétries. Aussi, il est proposé, d'absorber ce rayonnement en disposant des materiaux absorbants au voisinage des fentes à l'extérieur de l'espace 23.
Les dispositifs réalises selon l'invention permettent d'obtenir un découplage de -20 décibels entre voies pour N=20 à comparer avec -13 décibels dans les dispositifs de l'art antérieur pour le même nombre de voies.
L'invention a été décrite en relation avec un exemple particulier de realisation mais elle peut être mise en oeuvre de manière plus générale. Ainsi, les rôles des disques inférieur et supérieur peuvent être intervertis tout en obtenant les r~sultats de l'invention.
Egalement, les fentes radiales peuvent avoir des longueurs autres que 3b/4, par exemple b/4, b/2 ou un autre multiple entier de b/4. Avec ces nouvelles longueurs de fentes, les résistances sont placées à des distances b/4 l'une de l'autre le long de chaque fente.
En outre, les échines peuvent être disposées sur chaque disque à condition de ne pas être en contact électrique entre elles.
1 3 ~ 2 , ~J ~
Enfin, dans l'exemple particulier décrit ci-dessus, les fentes peuvent etre réalisées sur le disque supérieur au lieu de l'être sur le disque inférieur.
Cette structure a une grande efficacité, de l'ordre de 95%, mais elle ne peut convenir que pour des puissances relativement faibles de 1'ordre de cinquante watts en valeur moyenne et un à deux kilowatts en valeur crête au ce~tre.
Enfin, pour des puissances plus importantes en valeur crête, de l'ordre de plusieurs kilowatts, on utilise une structure de type radial mais dans laquelle la propagation des ondes a lieu suivant une mode radial. Comme le montrent les figures 4 et 5, qui sont, la première une vue de dessus partiellement ouverte et la deuxième une vue en coupe diamétrale suivant la ligne V.V de la figure 4, la structure comprend deux disques parallèles 10 et 11 qui définissent entre eux un espace circulaire 12 se terminant à la périphérie des disques par une paroi 13. Cette paroi 13 supporte N=16 sorties coaxiales 14 qui sont connectées chacune à un coupleur 15 disposé à la periphérie interne de l'espace circulaire 12. Le disque supérieur ne comporte pas d'ouverture, mais le disque inférieur 10 est ouvert en son centre pour mettre en place un coupleur 16 dont la partie centrale 17 a une forme évasee à partir d'un barreau cylindrique 18 et dont la partie latérale 19 est de forme cylindrique à section circulaire, l'ensemble barreau-cylindre realisant une ligne coaxiale.
En mode diviseur, les signaux pénètrent au centre du disque et l'effet de la partie évasee 17, appelée suivant le terme anglo-saxon "door knob", est de modifier progressivement la distribution du champ électrique pour qu'il se propage entre les deux disques 10 et 11. La densité du champ électrique diminue au fur et à mesure que l'on s'éloigne du centre et il en résulte une division par N lorsqu'il est recueilli par N coupleurs 15.
Inversement, en mode combineur dans lequel des signaux sont appliques aux coupleurs 15, les champs électriques ainsi que les courants radiaux associés sont de plus en plus intenses en direction de la partie centrale et il en résulte une addition des signaux appliqués à condition que ces derniers soient de même phase et de même amplitude.
Un tel dispositif de ce type est par exemple décrit dans l'article de Bobby J. Sanders paru dans la revue Microwaves de novembre 1980 pp 55-58 et intitulé "Radial Combiner Runs Circles Around Hybrids".
Ce type de structure a une très bonne efficacité et permet de combiner de nombreuses voies, N=llO
dans l'article précité, ainsi que d'obtenir des puissances crête de l'ordre de quelques kilowatts. Cependant, le principal inconvénient est que le découplage entre les voies est donné par lOlog VN, soit -13db pour N=20, de sorte que, en mode combineur, l'onde de retour recu par un coupleur 15, lorsque plusieurs coupleurs ne sont pas alimentés peut être tr~s élevé et occasionner des dégradations des amplificateurs en fonctionnement.
Tel que mentionné prédécemment, un but de la présente invention est de réaliser un combineur/diviseur multivoie du type radial qui présente un découplage améliore de manière à supporter un nombre accru de coupleurs non alimentés sans risque de dégradation des amplificateurs associés aux coupleurs alimentés.
Le combineur/diviseur multivoie selon l'invention sera décrit en relation avec les figures 6 à 9.
Il comprend, comme dans la structure de l'art antérieur des figures 4 et 5, deux disques metalliques de forme circulaire, l'un inferieur 20 et l'autre supérieur 21, qui sont séparés l'un de l'autre par une distance e imposee par la hauteur d'une paroi périphérique ou couronne 22. Cette paroi 22, qui repose sur le disque inférieur 20, est métallique et de forme circulaire ou polygonale. Cette paroi sert de support du côté extérieur, à des connecteurs coaxiaux 41 au nombre de N=16 uniformément répartis sur le pourtour et sur lesquels viennent s'enficher des câbles coaxiaux non représentés sur la figure. Du côte intérieur, c'est-à-dire dans l'espace annulaire 23 entre les deux disques 20 et 21, chaque conducteur central des connecteurs coaxiaux 41 est fixé
à chacun des N=16 coupleurs 24 qui seront décrits plus en détail en relation avec les figures 8 et 9. La paroi 22 sert de support et de fixation aux deux disques 20 et 21 par l'intermédiaire de percages, de trous taraudés et de vis associes qui n'ont pas été représentés.
Le disque supérieur 21 est plein mais peut comporter des ouvertures radiales comme cela sera expliqué ci-après.
Le disque inf~rieur 20 présente une ouverture centrale circulaire 25 au milieu de laquelle est disposée une tige cylindrique 26 d'un élément 27 en forme de soupape, soupape dont la tête 30 vient en contact avec le disque supérieur 21 et y est fixé par tous moyens connus. Au bord 28 de l'ouverture circulaire 25 est fixé un manchon ou fût cylindrique 29 qui coopère avec la tige 26 pour former une ligne coaxiale. Par ailleurs, la tête 30 de l'élement 27 et notamment la partie evasée, coopère avec l'espace annulaire 23 pour réaliser un couplage electromagnétique entre la ligne coaxiale et ledit espace 23. Le couplage est obtenu par une modification progressive de l'orientation du champ électri~ue comme ~ ~ L h é ~ ~ 3 ~
le montrent les fl~ches 31 représentant le sens dudit champ.
Selon l'invention, il est proposé de séparer les coupleurs 24 les uns des autres par des fentes radiales 43 qui s'étendent non seulement sur la longueur radiale des coupleurs 24 mais qui se prolon~ent vers le centre jusqu'a une certaine distance du bord circulaire 28. La longueur et la largeur des fentes doivent être compatibles avec une bonne tenue mécanique non seulement du disque inférieur 20, mais aussi de l'ensem~le puisque ce dernier supporte le reste de la structure.
En outre, du point de vue électromagnétique, les fentes radiales ont une longueur égale à 3b/4 si b est la longueur d'onde des ondes electromagnétiques. Ces N= 16 fentes définissent entre elles N voies en parallele qui se comportent comme des lignes à ruban ou microstrip.
Pour absorber les dissymetries entre les voies, des résistances 32 sont disposées à une distance b/4 de chaque extrémité des fentes radiales et sont donc séparées entre elles de b/4 dans le cas d'une fente de longueur 3b/4.
Selon l'invention, il est également proposé de placer une echine métallique radiale 33 au centre de chaque voie, cette échine s'étendant du coupleur 24 vers le centre. Cette échine 33 a tendance à concentrer le champ électrique au niveau de chaque voie.
Les figures 8 et 9 correspondent à un exemple particulier de réalisation d'une échine 33 associée à un coupleur 24. En coupe verticale (figure 9), l'échine 33 présente à partir du centre une arête inclinée 34 qui se continue vers la périphérie par une arête horizontale 35 dont la hauteur h est inf~rieure à la distance e entre les deux disques 20 et 21. Les échines 33, dont l'épaisseur est de quelques millimètres, sont fixées sur le disque inférieur 20 par un syst~me de trous taraudés 36 coopérant avec des vis et des orifices du disque inferieur 20 (non représentes).
Chaque échine 33 vient en contact mécanique et électrique avec un coupleur associé 24 qui est constitué
par une palette metallique 37. Cette palette 37 a, en coupe radiale, la forme générale de la lettre L dont une branche 38 repose et est fixée sur le disque inférieur 20 et dont l'autre branche 42 est reliée électxiquement au conducteur central du connecteur coaxial 41. Le dessus de chaque palette 37 est surmonté d'une échine 38 qui est disposée radialement dans le prolongement de l'échine 33. En coupe verticale, cette échine présente une arête inclinée 39 dont la crête 40 surplombe l'échine 33 et dont la hauteur s'amenuise dans la direction de la couronne 22.
Le couplage électromagnétique entre chaque borne coaxiale 41 et la palette associée est réalisé par tous moyens connus et notamment en connectant l'âme 44 de la ligne coaxiale 41 à la palette (orifice 45) de manière à
réaliser une ligne triplaque court-circuitée à b/4 (longueur radiale de la palette) Le couplage électromagn~tique entre chaque palette 37 et la voie associée est obtenu par une transformation de type "Balun" entre une ligne symétrique coaxiale et une ligne dissymétrique en mode TEM radial.
Vue de dessus (figure 8), la palette a la forme d'un secteur circulaire qui a une longueur radiale de b/4 et une largeur angulaire légèrement inférieure à
30 360/N=225 si N=16.
Dans l'e~emple particulier de réalisation qui vient d'être décrit en relation avec les figures 6 ~ 9, les fentes radiales s'étendent entre la couronne et l'ouverture centrale du disque inférieur 20. Dans ~312~3~
certaines applications dans lesquelles le rayon des disques est sup~rieur à 3b/4, il peut être preférable, notamment pour des raisons de tenue mécanique, de ne pas augmenter la longueur radiale de ces fentes en laissant, au niveau de l'ouverture centrale une zone sans fentes.
~ans ce cas, il est proposé de réaliser des fentes radiales sur le disque supérieur au voisinage de la tête de l'élement 27. Ces nouvelles fentes radiales sont situées dans des plans verticaux qui contiennent également les fentes radiales du disque inférieur de manière à constituer le prolongement de ces dernières avec ou sans recouvrement.
Par suite de la présence des fentes radiales, une partie de l'énergie électromagnétique est rayonnée en cas de dissymétries. Aussi, il est proposé, d'absorber ce rayonnement en disposant des materiaux absorbants au voisinage des fentes à l'extérieur de l'espace 23.
Les dispositifs réalises selon l'invention permettent d'obtenir un découplage de -20 décibels entre voies pour N=20 à comparer avec -13 décibels dans les dispositifs de l'art antérieur pour le même nombre de voies.
L'invention a été décrite en relation avec un exemple particulier de realisation mais elle peut être mise en oeuvre de manière plus générale. Ainsi, les rôles des disques inférieur et supérieur peuvent être intervertis tout en obtenant les r~sultats de l'invention.
Egalement, les fentes radiales peuvent avoir des longueurs autres que 3b/4, par exemple b/4, b/2 ou un autre multiple entier de b/4. Avec ces nouvelles longueurs de fentes, les résistances sont placées à des distances b/4 l'une de l'autre le long de chaque fente.
En outre, les échines peuvent être disposées sur chaque disque à condition de ne pas être en contact électrique entre elles.
1 3 ~ 2 , ~J ~
Enfin, dans l'exemple particulier décrit ci-dessus, les fentes peuvent etre réalisées sur le disque supérieur au lieu de l'être sur le disque inférieur.
Claims (12)
1. Combineur/diviseur multivoie pour des signaux hyperfréquence de longueur d'onde b, le combineur/diviseur comprenant:
- une paire de disques métalliques de forme circulaire ou polygonale, superposés de façon à
définir une cavité fermée d'épaisseur e, la cavité
présentant une ouverture centrale circulaire qui reçoit une ligne coaxiale, et N voies de transmission radiales communiquant avec ladite ouverture centrale;
- une couronne périphérique fixée aux disques inférieur et supérieur, sur laquelle sont connectés N lignes coaxiales et N coupleurs correspondants, disposés régulièrement sur ladite couronne, caractérisé en ce que chaque voie de transmission comporte une échine radiale qui s'étend de l'ouverture centrale vers le coupleur correspondant pour concentrer le champ électrique, ainsi qu'une paire de fentes radiales disposées de part et d'autre du coupleur correspondant.
- une paire de disques métalliques de forme circulaire ou polygonale, superposés de façon à
définir une cavité fermée d'épaisseur e, la cavité
présentant une ouverture centrale circulaire qui reçoit une ligne coaxiale, et N voies de transmission radiales communiquant avec ladite ouverture centrale;
- une couronne périphérique fixée aux disques inférieur et supérieur, sur laquelle sont connectés N lignes coaxiales et N coupleurs correspondants, disposés régulièrement sur ladite couronne, caractérisé en ce que chaque voie de transmission comporte une échine radiale qui s'étend de l'ouverture centrale vers le coupleur correspondant pour concentrer le champ électrique, ainsi qu'une paire de fentes radiales disposées de part et d'autre du coupleur correspondant.
2. Combineur/diviseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque fente radiale a une longueur voisine de b/4 ou d'un multiple entier de b/4.
3. Combineur/diviseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les bords de chaque fente radiale sont connectés par des résistances disposées à des distances b/4 l'une de l'autre.
4. Combineur/diviseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échine radiale est fixée sur au moins un disque.
5. Combineur/diviseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la hauteur de l'échine radiale est inférieure à la distance e entre les disques circulaires.
6. Combineur/diviseur selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la hauteur de l'échine radiale est variable.
7. Combineur/diviseur selon la revendication 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que le coupleur est constitué d'une palette ayant la forme d'un L dont une branche est fixée à l'un des deux disques tandis que l'autre est reliée électriquement au conducteur central de la ligne coaxiale.
8. Combineur/diviseur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la palette présente une échine radiale dans le prolongement de l'échine radiale de la voie de transmission.
9. Combineur/diviseur selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'échine radiale de la palette du coupleur présente une arête inclinée ayant une hauteur décroissante vers la périphérie.
10. Combineur/diviseur selon la revendication 1, 2, 3, 4, 5, 8 ou 9, caractérisé en ce que les fentes radiales sur l'un des deux disques ne s'étendent pas jusqu'à l'ouverture centrale et en ce que l'autre disque présente des fentes radiales disposées dans les plans verticaux des fentes radiales du premier disque.
11. Combineur/diviseur selon la revendication 10, caractérisé en ce que les fentes radiales de l'autre disque recouvrent en partie les fentes radiales du premier disque.
12. Combineur/diviseur selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 8, 9 ou 11, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour absorber l'énergie hyperfréquence qui est rayonnée par les fentes radiales.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8803526A FR2628894B1 (fr) | 1988-03-18 | 1988-03-18 | Combineur diviseur multivoie |
| FR8803526 | 1988-03-18 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA1312930C true CA1312930C (fr) | 1993-01-19 |
Family
ID=9364393
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA000594055A Expired - Fee Related CA1312930C (fr) | 1988-03-18 | 1989-03-17 | Combineur/diviseur multivoie |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4933651A (fr) |
| EP (1) | EP0333568B1 (fr) |
| JP (1) | JP2693807B2 (fr) |
| AU (1) | AU612802B2 (fr) |
| CA (1) | CA1312930C (fr) |
| DE (1) | DE68911343T2 (fr) |
| ES (1) | ES2047137T3 (fr) |
| FR (1) | FR2628894B1 (fr) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5142253A (en) * | 1990-05-02 | 1992-08-25 | Raytheon Company | Spatial field power combiner having offset coaxial to planar transmission line transitions |
| CA2066887C (fr) * | 1991-05-06 | 1996-04-09 | Harry Wong | Repartiteur de puissance rf a cavite a plat |
| JPH05175712A (ja) * | 1991-12-24 | 1993-07-13 | Mitsubishi Electric Corp | 電力合成・分配器 |
| US5446426A (en) * | 1994-12-27 | 1995-08-29 | Industrial Technology Research Institute | Microwave power combiner |
| US6839543B1 (en) | 1996-09-09 | 2005-01-04 | Victory Industrial Corporation | Method and system for detecting and discriminating multipath signals |
| US6721161B2 (en) * | 2001-03-21 | 2004-04-13 | Iron Age Corporation | Sole structure for electrostatic dissipative footwear and method of making same |
| US6982613B2 (en) * | 2004-02-06 | 2006-01-03 | L-3 Communications Corporation | Radial power divider/combiner |
| US7482894B2 (en) * | 2004-02-06 | 2009-01-27 | L-3 Communications Corporation | Radial power divider/combiner using waveguide impedance transformers |
| US7271680B2 (en) * | 2005-06-29 | 2007-09-18 | Intel Corporation | Method, apparatus, and system for parallel plate mode radial pattern signaling |
| US7616058B1 (en) * | 2006-08-28 | 2009-11-10 | Raif Awaida | Radio frequency power combining |
| US9065163B1 (en) * | 2011-12-23 | 2015-06-23 | Nuvotronics, Llc | High frequency power combiner/divider |
| JP5630916B2 (ja) * | 2012-01-19 | 2014-11-26 | 日本高周波株式会社 | 電力合成・分配器 |
| WO2019055476A2 (fr) | 2017-09-14 | 2019-03-21 | Cellencor, Inc. | Générateur de micro-ondes à semi-conducteur haute puissance pour applications d'énergie radiofréquence |
| CN107799859B (zh) * | 2017-09-18 | 2020-04-10 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种非级联任意奇数路微带功分器 |
| US10770775B2 (en) | 2018-06-08 | 2020-09-08 | SAAB Defense and Security USA LLC t/a Sensor System | Radial combiner |
| CN110311202A (zh) * | 2019-07-26 | 2019-10-08 | 中电科仪器仪表有限公司 | 基于渐变脊的宽带脊波导功率合成器和功率合成器装置 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3023382A (en) * | 1960-07-15 | 1962-02-27 | Microwave Dev Lab Inc | Inline waveguide to coaxial transition |
| JPS5136433U (fr) * | 1974-09-09 | 1976-03-18 | ||
| US4263568A (en) * | 1979-03-12 | 1981-04-21 | International Telephone And Telegraph Corporation | Large scale low-loss combiner and divider |
| GB2157504B (en) * | 1984-03-21 | 1987-05-28 | Plessey Co Plc | Radially fed microwave signal combiner/distributor apparatus |
| US4673899A (en) * | 1985-09-23 | 1987-06-16 | General Electric Company | H-plane stacked waveguide power divider/combiner |
| JPS63500559A (ja) * | 1985-10-03 | 1988-02-25 | ヒユ−ズ・エアクラフト・カンパニ− | 積分モ−ドフィルタを有した非リアクタンス放射線電力分割器／結合器 |
| JPS63300604A (ja) * | 1987-05-29 | 1988-12-07 | Fujitsu Ltd | 電力分配／合成器 |
-
1988
- 1988-03-18 FR FR8803526A patent/FR2628894B1/fr not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-03-10 EP EP89400677A patent/EP0333568B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1989-03-10 DE DE89400677T patent/DE68911343T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-03-10 ES ES89400677T patent/ES2047137T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1989-03-14 US US07/323,414 patent/US4933651A/en not_active Expired - Fee Related
- 1989-03-16 JP JP1064926A patent/JP2693807B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1989-03-16 AU AU31362/89A patent/AU612802B2/en not_active Ceased
- 1989-03-17 CA CA000594055A patent/CA1312930C/fr not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU3136289A (en) | 1989-09-21 |
| EP0333568B1 (fr) | 1993-12-15 |
| ES2047137T3 (es) | 1994-02-16 |
| DE68911343T2 (de) | 1994-04-21 |
| FR2628894A1 (fr) | 1989-09-22 |
| FR2628894B1 (fr) | 1990-03-23 |
| JP2693807B2 (ja) | 1997-12-24 |
| AU612802B2 (en) | 1991-07-18 |
| DE68911343D1 (de) | 1994-01-27 |
| US4933651A (en) | 1990-06-12 |
| EP0333568A1 (fr) | 1989-09-20 |
| JPH02230802A (ja) | 1990-09-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA1312930C (fr) | Combineur/diviseur multivoie | |
| CA2024992C (fr) | Antenne plane | |
| EP2869400B1 (fr) | Répartiteur de puissance compact bipolarisation, réseau de plusieurs répartiteurs, élément rayonnant compact et antenne plane comportant un tel répartiteur | |
| EP3073569B1 (fr) | Matrice de butler compacte, formateur de faisceaux bidimensionnel planaire et antenne plane comportant une telle matrice de butler | |
| FR2482384A1 (fr) | Dispositif de combinaison de puissance pour un circuit integre hyperfrequence | |
| EP3602689B1 (fr) | Antenne electromagnetique | |
| EP2401786B1 (fr) | Dispositif de liaison mecanique et electrique pour un cable coaxial transportant un signal haute frequence | |
| EP3529852B1 (fr) | Guide d'onde multicouche comprenant au moins un dispositif de transition entre des couches de ce guide d'onde multicouche | |
| EP0023873B1 (fr) | Limiteur passif de puissance à semi-conducteurs réalisé sur des lignes à structure plane, et circuit hyperfréquence utilisant un tel limiteur | |
| EP0335788B1 (fr) | Circuit déphaseur hyperfréquence | |
| EP1949496B1 (fr) | Systeme d'antenne plate a acces direct en guide d'ondes | |
| EP1522119B1 (fr) | Dephaseur capable de variation de phase continue | |
| EP0465994B1 (fr) | Module hyperfréquence triplaque | |
| EP0136941A2 (fr) | Perfectionnement aux commutateurs d'ondes électromagnétiques millimétriques | |
| WO2019110651A1 (fr) | Composant micro-ondes et procédé de fabrication associé | |
| FR2611989A1 (fr) | Dispositif hyperfrequence a diodes comportant une ligne triplaque | |
| EP0534848A1 (fr) | Agencement de multicouplage, notamment pour combineur d'antenne | |
| FR2905803A1 (fr) | Dispositif de dephasage dielectrique rotatif pour elements rayonnants | |
| FR3140713A1 (fr) | Commutateur à base d’un matériau à changement de phase | |
| FR2662308A1 (fr) | Dispositif de transition entre deux lignes hyperfrequence realisees en technologie planaire. | |
| FR2912557A1 (fr) | Systeme de dephasage pour elements rayonnants d'une antenne | |
| FR2890790A1 (fr) | Antenne radar multifaisceau a plusieurs lignes de propagation rayonnant directement a partir d'un guide ouvert | |
| FR2690787A1 (fr) | Antenne à guide en auge à lame centrale d'alimentation isolée du fond du guide. | |
| FR2567695A1 (fr) | Structure d'un etage d'amplificateur equilibre fonctionnant en hyperfrequences | |
| WO1999049534A1 (fr) | Dispositif de couplage/decouplage pour signaux de memes amplitudes et phases |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MKLA | Lapsed |