EP0019510A1 - Multipath rotating joint for electromagnetic detection equipment - Google Patents
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- EP0019510A1 EP0019510A1 EP80400574A EP80400574A EP0019510A1 EP 0019510 A1 EP0019510 A1 EP 0019510A1 EP 80400574 A EP80400574 A EP 80400574A EP 80400574 A EP80400574 A EP 80400574A EP 0019510 A1 EP0019510 A1 EP 0019510A1
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- H01P1/062—Movable joints, e.g. rotating joints the relative movement being a rotation
- H01P1/066—Movable joints, e.g. rotating joints the relative movement being a rotation with an unlimited angle of rotation
- H01P1/068—Movable joints, e.g. rotating joints the relative movement being a rotation with an unlimited angle of rotation the energy being transmitted in at least one ring-shaped transmission line located around the axis of rotation, e.g. "around the mast" rotary joint
Definitions
- the present invention relates to a multi-channel rotary joint for electromagnetic detection equipment.
- Electromagnetic detection equipment generally known as Radar and which include so-called secondary radars generally include an antenna which rotates in a bearing and also sometimes in elevation.
- a rotary joint which is placed in the feed path of the antenna.
- the invention therefore relates to a rotary joint, that is to say in fact to a device intended to transmit high frequency energy between two circuits, in general without mechanical contact and in rotation with respect to one another. the other.
- a primary radar associated with a secondary radar whose antenna is mounted on the antenna of the primary radar where it is necessary to provide for the main or primary radar, a transmit channel, a sum receive channel and at least a reception channel difference and for the secondary radar, a interrogation channel, possibly a control channel for suppressing the secondary lobes, a sum response channel, a channel suppressing the secondary lobes and a difference channel for establishing the crevice.
- the object of the invention is then to define a multi-way rotary joint of annular type which is free from the drawbacks which have not been reported.
- a rotary-multi-path joint comprises, arranged around the axial main track a number of annular tracks stacked one on the other perpendicular to the main track, each track comprising a fixed ring and a movable ring and each ring being constituted by a set of two coupled transmission lines, interrupted regularly and arranged in such a way with respect to each other that the electrical continuity of the ring is ensured.
- phase and the amplitude are uniform at all points of the ring and whatever the angular position of a ring relative to the other, this phase and this amplitude of the signal are transmitted without alteration.
- Figure 3 shows schematically in partial vertical section, a multi-way rotary joint according to 1! _invention. This joint is limited by the entry guide 12 of the main track transmitting the signals from the main radar in the most probable case where this joint is used with a main radar-secondary radar system, and the exit guide 13.
- the outlet guide 13 is movable around the axis of rotation 2, relative to the fixed inlet guide 12 and at 1, there is the main track of the joint.
- the other tracks which are annular are located around the main track in horizontal planes.
- the fixed guide 12 is attached a metal body 14, having on its dimension parallel to the axis of rotation of the joint, a U-shape, one of the walls 15 of which has bosses 16 serving as support for a dielectric layer 17 serving itself supporting the fixed rings of the different tracks, rings identified by 18, 19, 20 and 180, 190, 200 for example if we consider 3 annular tracks in addition to the main track.
- the wall 15 is moreover pierced with holes allowing passage to baluns 21, 22, 23.
- a similar arrangement is made for the mobile part of the seal which comprises a metal body having two branches 24, 25 fixed to the mobile guide 13.
- the wall 24 is pierced with holes allowing passage to baluns 26, 27, 28 for example and comprises bosses 29, 30 serving as support for a dielectric layer 31 itself serving as support for the movable rings 32, 33, 34 and 320, 330, 340. It can be seen that the dielectric layers or bands 17 and 31 face each other.
- Figure 4 shows in horizontal section, an annular path of the seal, according to the invention showing how such a path is formed.
- Each annular track has two concentric rings and each ring consists of two transmission lines interrupted regularly, and arranged relative to each other so that there is no electrical discontinuity.
- the input ring thus comprises two transmission lines 18, 180 located on either side of a dielectric layer 17.
- FIG. 4 we see very clearly the interruptions which are created in each of the lines, such as 35, 36 on line 18 and 350 on line 180. It is noted that the interruptions of the second line are found substantially opposite the middle of the sections of the first line.
- the output ring movable relative to the input ring, also consists of two interrupted transmission lines 32, 320 arranged one relative to the other, on either side of a layer of dielectric 31, like the lines of the first ring.
- the signals are transmitted between the two rings capacitively.
- baluns are made necessary by the fact that, the lines being in principle closed on themselves, the phases at the points of attack must be reversed so that the continuity of the currents is assured on the lines.
- FIG. 3 shows three annular paths, but it is easy to have 5 to 6. Their realization, by way of example is relatively easy.
- the fixed parts and the mobile parts of the rings are grouped on strips produced according to the printed circuit technique.
- lines 18-180; 19-190 and 20-200 produced in printed circuits are bonded on either side of a dielectric strip 17 fixed on the metal bosses 16 of the fixed metal body 14 of the joint.
- lines 32-320, 33-330 and 34-340 fixed on either side of a dielectric strip 31 fixed on the metal bosses 29-30 of the movable body 12 of the joint.
- the input and output baluns are also produced on printed circuit strips.
- the thickness of the strips is approximately of the order of 1 to 2/10 mm, the air gaps of the order of 1 to 2 mm, the total height of a ring being substantially equal to 10 millimeters.
- the length of the discontinuous strands of the lines is of the order of an eighth of the wavelength, a substantially optimal length.
- the arrangement of the channels according to the invention comprises an adaptation system not described which is intended to compensate for the residual parasitic capacities.
- the system exhibits good rotational stability, the residual variation of the amplitude being less than 0.1 dB and the residual variation of the phase being less than the degree.
- a multi-way rotary joint has thus been described, having a relatively large number of annular tracks stacked one on the other around the main track of the joint, each track comprising a fixed ring and a movable ring, one and the other. another by two interrupted transmission lines, arranged in such a way that the signals are transmitted from one ring to the other by capacitive coupling.
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Abstract
Joint tournant multivoies pour équipement de détection électromagnétique dans lequel, les voies autres que la voie principale sont disposées en anneau autour de la voie principale. Chaque voie annulaire comporte un anneau fixe et un anneau mobile, concentriques l'un par rapport à l'autre; chaque anneau est constitué par deux lignes de transmission (18-180-32-320) interrompues de façon régulière (35-36-350-360) et disposées de façon que le couplage soit total entre les deux lignes avec une phase et une amplitude uniformes tout le long des lignes. Application à tout équipement de détection électromagnétique comportant une partie fixe et une partie mobile, et réclamant un grand nombre de voies de transmission.Multichannel rotating joint for electromagnetic detection equipment in which the tracks other than the main track are arranged in a ring around the main track. Each annular track comprises a fixed ring and a movable ring, concentric with one another; each ring consists of two transmission lines (18-180-32-320) interrupted regularly (35-36-350-360) and arranged so that the coupling is complete between the two lines with a phase and an amplitude uniforms along the lines. Application to any electromagnetic detection equipment comprising a fixed part and a mobile part, and requiring a large number of transmission channels.
Description
La présente invention concerne un joint tournant multivoies pour équipement de détection électromagnétique. Les équipements de détection électro-magnétique. connus généralement sous le nom de Radar et qui-englobent les radars dits secondaires comportent généralement une antenne qui tourne en gisement et également quelquefois en site. Pour éviter que la rotation de l'antenne n'entraîne la rotation de tout l'équipement on prévoit ce que l'on a appelé un joint tournant qui se place dans la voie d'alimentation de l'antenne.The present invention relates to a multi-channel rotary joint for electromagnetic detection equipment. Electromagnetic detection equipment. generally known as Radar and which include so-called secondary radars generally include an antenna which rotates in a bearing and also sometimes in elevation. To prevent the rotation of the antenna from causing the rotation of all the equipment, there is provided what has been called a rotary joint which is placed in the feed path of the antenna.
L'invention est donc relative à un joint tournant, c'est-à-dire en fait à un dispositif destiné à transmettre de l'énergie haute fréquence entre deux circuits, en général sans contact mécanique et en rotation l'un par rapport à l'autre.The invention therefore relates to a rotary joint, that is to say in fact to a device intended to transmit high frequency energy between two circuits, in general without mechanical contact and in rotation with respect to one another. the other.
Des joints tournants ont été décrits dans la littérature et on en peut trouver une description relativement abondante dans le chapitre 7 du volume 9 de la collection du MIT (Massachussets Instituteof Technology) "Microwave transmission circuits". Cependant ces joints tournants ne sont pas très bien adaptés aux équipements radar modernes où pour des conditions de bon fonctionnement il est nécessaire de disposer entre l'antenne et les récepteur et émetteur, d'un nombre relativement élevé de voies distinctes, nombre de l'ordre de 4 à 5 au minimum. Ceci est particulièrement le cas d'un radar primaire associé à un radar secondaire dont l'antenne est montée sur l'antenne du radar primaire où il faut prévoir pour le radar principal ou primaire, une voie émission, une voie réception somme et au moins une voie réception différence et pour le radar secondaire, une voie interrogation, éventuellement une voie de commande de suppression des lobes secondaires, une voie de réponse somme, une voie suppression des lobes secondaires et une voie différence pour établir la crevasse.Rotary joints have been described in the literature and a relatively abundant description can be found in chapter 7 of
Avec un joint tournant ressortissant à l'art antérieur du type "Door Knob" par exemple, il n'est pas possible d'avoir plus de trois voies coaxiales. En effet la limitation provient du diamètre extérieur du joint qui doit être bien inférieur à la longueur d'onde. Pour une longueur d'onde de l'ordre de 30 cm, le diamètre qui doit être inférieur à 1 est de l'ordre de 10 cm.With a revolving joint emerging from the prior art of the "Door Knob" type for example, it is not possible to have more than three coaxial channels. Indeed the limitation comes from the outside diameter of the joint which must be much less than the wavelength. For a wavelength of the order of 30 cm, the diameter which must be less than 1 is of the order of 10 cm.
Avec un joint tournant d'un autre type ressortissant également à l'art antérieur, dans lequel les voies autres que la voie principale sont réalisées sous la forme d'anneaux répartis autour de la voie principale il n'est pas non plus possible d'avoir plusieurs voies, pour des raisons de poids et de complé- xité mécanique.
- ta figure 1 représente de façon très schématique un joint tournant pour radar comportant outre une voie principale axiale 1 d'axe de
rotation 2, une autre voie 3 par exemple, annulaire. Cette voie est constituée par deux anneaux identiques 4, 5, l'un 4 étant fixe et l'autre 5 mobile. Un desanneaux 4 comporte une entrée et l'autreanneau 5 une sortie. Chaque anneau comporte un disque 6, 7 dits de couplage, connectés chacun à la borne d'entrée ou de sortie par unrépartiteur 8, 9. En 10 se trouve un piège nécessaire pour ce type de joint. L'ensemble se trouve dans unboîtier 11. - La figure 2 montre de façon schématique en coupe horizontale un des anneaux. On y voit principalement comment l'anneau est attaqué par les répartiteurs en 4 points a, b, c, d, équiphases. On tente d'obtenir de la sorte une circulation des courants à peu près uniforme sans fluctuation importante. Toutefois, pour des raisons mécaniques, la longueur des anneaux'n'est pas petite devant la longueur d'onde. La phase du signal HF dans ces conditions n'est pas constante en tout point de l'anneau. La rotation d'un des anneaux par rapport à l'autre entraîne des variations d'amplitude de sorte que ni l'amplitude, ni la phase des signaux transmis ne restent constantes. Il est nécessaire de prévoir des pièges qui sont difficiles à réaliser et présentent des fuites et créent des couplages parasites entre voies. Ceci ajouté au fait que les voies annulaires présentent une certaine complé- xité mécanique et que la hauteur de la voie principale est limitée, empêche qu'un joint de ce type puisse comporter un nombre important de voies.
- your Figure 1 very schematically shows a rotary joint for radar comprising in addition to an axial
main track 1 of axis ofrotation 2, another track 3 for example, annular. This channel consists of two 4, 5, one 4 being fixed and the other 5 mobile. One of theidentical rings rings 4 has an inlet and theother ring 5 has an outlet. Each ring has a disk 6, 7 called coupling discs, each connected to the input or output terminal by adistributor 8, 9. At 10 is a trap necessary for this type of joint. The assembly is located in ahousing 11. - Figure 2 shows schematically in section horizontal one of the rings. We mainly see how the ring is attacked by the distributors at 4 points a, b, c, d, equiphases. In this way an attempt is made to obtain an almost uniform circulation of currents without significant fluctuation. However, for mechanical reasons, the length of the rings is not small compared to the wavelength. The phase of the HF signal under these conditions is not constant at any point of the ring. The rotation of one of the rings relative to the other causes variations in amplitude so that neither the amplitude nor the phase of the transmitted signals remain constant. It is necessary to provide traps which are difficult to produce and which exhibit leaks and create parasitic couplings between channels. This added to the fact that the annular tracks have a certain mechanical complexity and that the height of the main track is limited, prevents a joint of this type from having a large number of tracks.
L'objet de l'invention est alors de définir un joint tournant multivoies de type annulaire qui soit exempt des inconvénients qui nnt été signalés.The object of the invention is then to define a multi-way rotary joint of annular type which is free from the drawbacks which have not been reported.
Suivant l'invention, un joint tournant-multivoies comporte, disposés autour de la voie principale axiale un certain nombre de voies annulaires empilées les unes sur les autres perpendiculairement à la voie principale, chaque voie comportant un anneau fixe et un anneau mobile et chaque anneau étant constitué par un ensemble de deux lignes de transmission couplées, interrompues de façon régulière et disposées de façon telle l'une part rapport à l'autre que la continuité électrique de l'anneau soit assurée.According to the invention, a rotary-multi-path joint comprises, arranged around the axial main track a number of annular tracks stacked one on the other perpendicular to the main track, each track comprising a fixed ring and a movable ring and each ring being constituted by a set of two coupled transmission lines, interrupted regularly and arranged in such a way with respect to each other that the electrical continuity of the ring is ensured.
Dans ces conditions, la phase et l'amplitude sont uniformes en tout point de l'anneau et quelle que soit la position angulaire d'un anneau par rapport à l'autre, cette phase et cette amplitude du signal sont transmises sans altération.Under these conditions, the phase and the amplitude are uniform at all points of the ring and whatever the angular position of a ring relative to the other, this phase and this amplitude of the signal are transmitted without alteration.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaitront au cours de la description qui suit d'un exemple de réalisation d'un joint tournant multi- voie annulaire, donnée à l'aide des figures qui représentent outre les figures 1 et 2 ressortissant à l'art antérieur,
- - la figure 3, une vue en coupe verticale du joint suivant l'invention,
- - la figure 4, une coupe horizontale d'une voie annulaire du joint et,
- -.la figure 5, le schéma électrique équivalent d'une portion d'une voie annulaire.
- FIG. 3, a view in vertical section of the seal according to the invention,
- FIG. 4, a horizontal section of an annular path of the joint and,
- -. Figure 5, the equivalent electrical diagram of a portion of an annular track.
Dans l'introduction à la présente invention, on a fait remarquer que des joints tournants multivoies, à nombre de voies supérieur à 4 à 5 ne pouvaient être réalisés avec les techniques de l'art antérieur. Il n'est en effet pas possible d'envisager un joint multivoies coaxial, chaque voie devant être disposée à l'intérieur d'uneautre, de sorte que le nombre de 3 est maximal. Il en est pratiquement de même, pour les joints multivoies où les voies autres que la voie principale sont constituées par des anneaux, disposés les uns sur les autres, perpendiculairement à la voie principale. Dans ce cas, outre des questions de contraintes mécaniques, il y a des questions de couplage parasite qui interviennent dues à des fluctuations d'amplitude et de phase des signaux transmis par les anneaux, fluctuations qui sont éliminées par le joint tournant suivant l'invention.In the introduction to the present invention, it was pointed out that multi-way rotary joints with a number of channels greater than 4 to 5 could not be produced with the techniques of the prior art. It is indeed not possible to envisage a coaxial multi-channel joint, each channel having to be arranged inside another, so that the number of 3 is maximum. It is practically the same, for the multichannel joints where the tracks other than the main track consist of rings, arranged one on the other, perpendicular to the main track. In this case, in addition to questions of mechanical constraints, there are questions of parasitic coupling which intervene due to fluctuations in amplitude and phase of the signals transmitted by the rings, fluctuations which are eliminated by the rotary joint according to the invention. .
La figure 3 représente de façon schématique en coupe verticale partielle, un joint tournant multivoies suivant 1!_invention. Ce joint est limité par le guide d'entrée 12 de la voie principale transmettant les signaux du radar principal dans le cas le plus probable où ce joint est utilisé avec un système radar principal-radar secondaire, et le guide de sortie 13.Figure 3 shows schematically in partial vertical section, a multi-way rotary joint according to 1! _invention. This joint is limited by the entry guide 12 of the main track transmitting the signals from the main radar in the most probable case where this joint is used with a main radar-secondary radar system, and the exit guide 13.
Le guide de sortie 13 est mobile autour de l'axe de rotation 2, par rapport au guide d'entrée fixe 12 et en 1, on a la voie principale du joint. Les autres voies qui sont annulaires se trouvent disposées autour de la voie principale dans des plans horizontaux. Au guide fixe 12, se trouve fixé un corps métallique 14, présentant sur sa dimension parallèle à l'axe de rotation du joint, une forme en U, dont une des parois 15 présente des bossages 16 servant de support à une couche diélectrique 17 servant elle même de support aux anneaux fixes des différentes voies, anneaux'repérés par 18, 19, 20 et 180, 190, 200 par exemple si l'on considère 3 voies annulaires en plus de la voie principale. La paroi 15 est de plus percée de trous laissant le passage à des symétriseurs 21, 22, 23.The outlet guide 13 is movable around the axis of
Une disposition semblable est réalisée pour la partie mobile du joint qui comporte un corps métallique présentant deux branches 24, 25 fixé au guide mobile 13. La paroi 24 est percée de trous laissant le passage à des symétriseurs 26, 27, 28 par exemple et comporte des bossages 29, 30 servant de support à une couche de diélectrique 31 servant elle même de support aux anneaux mobiles 32, 33, 34 et 320, 330, 340. On constate que les couches ou bandes diélectriques 17 et 31 se font face.A similar arrangement is made for the mobile part of the seal which comprises a metal body having two
La figure 4, représente en coupe horizontale, une voie annulaire du joint, suivant l'invention montrant comment une telle voie est constituée.Figure 4 shows in horizontal section, an annular path of the seal, according to the invention showing how such a path is formed.
Chaque voie annulaire comporte deux anneaux concentriques et chaque anneau est constitué par deux lignes de transmission interrompues de façon régulière, et disposées l'une par rapport à l'autre de sorte qu'il n'y a pas de discontinuité électrique.Each annular track has two concentric rings and each ring consists of two transmission lines interrupted regularly, and arranged relative to each other so that there is no electrical discontinuity.
L'anneau d'entrée comporte ainsi deux lignes de transmission 18, 180 situées de part et d'autre d'une couche de diélectrique 17. Sur la figure 4 on voit de façon très nette les interruptions qui sont crées dans chacune des lignes, telles que 35, 36 sur la ligne 18 et 350 sur la ligne 180. On remarque que les interruptions de la deuxième ligne se trouvent sensiblement vis à vis du milieu des tronçons de la première ligne.The input ring thus comprises two
L'anneau de sortie, mobile par rapport à l'anneau d'entrée, est également constitué par deux lignes de transmission interrompues 32, 320 disposées l'une par rapport à l'autre, de part et d'autre d'une couche de diélectrique 31, comme les lignes du premier anneau. La transmission des signaux entre les deux anneaux se fait de façon capacitive.The output ring, movable relative to the input ring, also consists of two interrupted
En choisissant de façon appropriée le coefficient de couplage entre les deux lignes c'est-à-dire la capacité mutuelle Cm entre les deux lignes, on peut démontrer par un calcul aisé, en écrivant les équations décrivant la propagation le long du système de lignes qui a été défini que tous les points des lignes sont en phase les uns avec les autres.By appropriately choosing the coupling coefficient between the two lines, that is to say the mutual capacity Cm between the two lines, we can demonstrate by an easy calculation, by writing the equations describing the propagation along the line system which has been defined that all the points of the lines are in phase with each other.
Sur cette figure 4 on notera la présence à l'entrée E et à la sortie S du système,d'un symétriseur d'entrée 21 et d'un symétriseur de sortie 26. Les symétriseurs sont rendus nécessaire par le fait que, les lignes étant par principe fermées sur elles mêmes, les phases aux points d'attaque doivent être inversées pour que la continuité des courants soit assurée sur les lignes.In this figure 4 we note the presence at input E and at output S of the system, of a
On constate ainsi que de par la disposition réciproque des lignes dans les anneaux et donc des anneaux l'un par rapport à l'autre, la phase et l'amplitude des signaux à transmettre est uniforme en chaque point et est indépendante de la position angulaire des deux anneaux. Les signaux dans une voie annulaire sont donc transmis pratiquement sans perte.It can thus be seen that, by the reciprocal arrangement of the lines in the rings and therefore of the rings with respect to each other, the phase and the amplitude of the signals to be transmitted is uniform at each point and is independent of the angular position of the two rings. The signals in an annular channel are therefore transmitted practically without loss.
On constate d'après la figure 3 que plusieurs voies annulaires peuvent être envisagées, empilées autour de la voie principale du joint, sans que leur nombre soit lîmité-par des contraintes mécaniques comme dans l'art antérieur. La figure 3 montre trois voies annulaires, mais il est aisé d'en disposer de 5 à 6. Leur réalisation, à titre d'exemple est relativement aisée. Les parties fixes et les parties mobiles des anneaux sont groupées sur des bandes réalisées suivant la technique des circuits imprimés. De fait les lignes 18-180; 19-190 et 20-200 réalisées en circuitsimprimés sont collées de part et d'autre d'une bande de diélectrique 17 fixée sur les bossages métalliques 16 du corps métallique fixe 14 du joint. Il en est de même des lignes 32-320, 33-330 et 34-340 fixées de part et d'autre d'une bande de diélectrique 31 fixée sur les bossages métalliques 29-30 du corps mobile 12 du joint. Les symétriseurs d'entrée et de sortie sont également réalisés sur des bandes de circuits imprimés. L'épaisseur des bandes est sensiblement de l'ordre de 1 à 2/lOmm, les entrefers de l'ordre de 1 à 2 mm,la hauteur totale d'un anneau étant sensiblement égale à 10 millimètres.It can be seen from FIG. 3 that several annular tracks can be envisaged, stacked around the main track of the joint, without their number being limited by mechanical stresses as in the prior art. Figure 3 shows three annular paths, but it is easy to have 5 to 6. Their realization, by way of example is relatively easy. The fixed parts and the mobile parts of the rings are grouped on strips produced according to the printed circuit technique. In fact lines 18-180; 19-190 and 20-200 produced in printed circuits are bonded on either side of a
On peut ajouter que la longueur des brins discontinus des lignes est de l'ordre du huitième de la longueur d'onde, longeur sensiblement optimale.It may be added that the length of the discontinuous strands of the lines is of the order of an eighth of the wavelength, a substantially optimal length.
On notera également que la disposition des voies suivant l'invention comporte un système d'adaptation non décrit qui est destiné à compenser les capacités parasites résiduelles. En tout état de cause, le système présente une bonne stabilité à'la rotation, la variation résiduelle de l'amplitude étant inférieure à 0,1 dB et la variation résiduelle de la phase étant inférieure au degré.It will also be noted that the arrangement of the channels according to the invention comprises an adaptation system not described which is intended to compensate for the residual parasitic capacities. In any event, the system exhibits good rotational stability, the residual variation of the amplitude being less than 0.1 dB and the residual variation of the phase being less than the degree.
On a ainsi décrit un joint tournant multivoies, présentant un nombre relativement important de voies annulaires empilées les unes sur les autres autour de la voie principale du joint, chaque voie comportant un anneau fixe et un anneau mobile, contitués l'un et - l'autre par deux lignes de transmission interrompues, disposées de façon telle que les signaux sont transmis d'un anneau à l'autre par couplage capacitif.A multi-way rotary joint has thus been described, having a relatively large number of annular tracks stacked one on the other around the main track of the joint, each track comprising a fixed ring and a movable ring, one and the other. another by two interrupted transmission lines, arranged in such a way that the signals are transmitted from one ring to the other by capacitive coupling.
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