EP0088664B1 - Dispositif de couplage entre deux guides d'ondes hyperfréquences - Google Patents

Dispositif de couplage entre deux guides d'ondes hyperfréquences Download PDF

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EP0088664B1
EP0088664B1 EP83400364A EP83400364A EP0088664B1 EP 0088664 B1 EP0088664 B1 EP 0088664B1 EP 83400364 A EP83400364 A EP 83400364A EP 83400364 A EP83400364 A EP 83400364A EP 0088664 B1 EP0088664 B1 EP 0088664B1
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EP
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waveguide
rotation
axis
piece
section
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Paul Bourgie
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Alcatel Espace Industries SA
Original Assignee
Alcatel Espace Industries SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/06—Movable joints, e.g. rotating joints
    • H01P1/062—Movable joints, e.g. rotating joints the relative movement being a rotation
    • H01P1/063—Movable joints, e.g. rotating joints the relative movement being a rotation with a limited angle of rotation
    • H01P1/064—Movable joints, e.g. rotating joints the relative movement being a rotation with a limited angle of rotation the axis of rotation being perpendicular to the transmission path, e.g. hinge joint
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/04—Fixed joints
    • H01P1/042—Hollow waveguide joints
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/08—Means for collapsing antennas or parts thereof
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S343/00—Communications: radio wave antennas
    • Y10S343/02—Satellite-mounted antenna

Definitions

  • the invention relates to a device for coupling between two microwave waveguides comprising a fixed frame in which the first waveguide is pierced, and a part pierced with the second waveguide and movable in rotation, between a first and a second position, around an axis of rotation coincident with the longitudinal axis of the two waveguides, at least one quarter-wave trap being provided at the junction between said guides.
  • the invention is applicable in particular in the case of the connection of a pivoting antenna fitted to a satellite.
  • a pivoting antenna fitted to a satellite.
  • Such an antenna has two positions: In a first position it is connected against the satellite, in order to be able to fit within the volume delimited by the cover which protects the satellite during its launching; it is deployed and placed in a second position, its operating position, when the satellite has arrived in orbit. The angle of rotation is then less than 360 °, and the second position is fixed.
  • the antenna is connected, by two waveguide sections to the transmission or reception equipment located on board the satellite.
  • a section is secured to the antenna and a section is secured to the satellite.
  • the junction between the fixed section and the mobile section must be carried out by a device which does not attenuate the signal and which is reliable in a temperature range from -150 ° C to + 200 ° C, in the presence of radiation.
  • an antenna for a helicopter having facilities for deploying and folding this antenna.
  • the antenna is linked to the transceiver by a flexible waveguide, but the longer the angle of rotation, the longer it is; its losses are not negligible, and vary randomly according to the conformation taken by the guide after the deployment of the antenna.
  • the device according to the invention overcomes these drawbacks by simple means.
  • a coupling device between two microwave waveguides, of rectangular section, for connecting a first, fixed waveguide to a second waveguide, having the same longitudinal axis and pivoting around this axis to get into a determined position is characterized in that each of the guides opens perpendicularly to a plane face perpendicular to this axis; in that these two faces are separated by a space of non-zero thickness and much less than the length of the waves; in that at least one of these faces is hollowed out by a quarter-wave trap surrounding the waveguide opening opening onto this face; and in that it comprises a stop to stop the rotation of the second guide when it has reached the position where it is in the extension of the first guide.
  • a section 9 of waveguide tube, of rectangular section connects the transmission or reception equipment to the device according to the invention
  • a section 15 of waveguide tube, of rectangular section connects the coupling device to the antenna.
  • This device mainly comprises a fixed frame 8 secured to the satellite and a piece 17 secured to the antenna and to the section of waveguide tube 15.
  • the piece 17 can rotate, relative to the frame 8, by means of two ball bearings, 11 and 16, having the same axis of revolution coincident with the longitudinal axis of the waveguide tube section 9.
  • the rotation of the part 17 and of the antenna is ensured by a motor, or a spring, not shown on the figure.
  • the two positions of the antenna are defined by stops which are not shown either.
  • the part 17 has a flat face, perpendicular to the axis of rotation, onto which opens a waveguide 2, of rectangular section; at this end of the waveguide 2 its longitudinal axis coincides with the axis of rotation of the part 17.
  • the waveguide 2 is drilled inside the part 17 and opens, after a 90 ° bend , opposite the section of waveguide tube 15, which, in this example, is perpendicular to the axis of rotation of the part 17.
  • the coupling device further comprises a part 7 to which the end of the section 9 of the waveguide tube is connected.
  • the part 7 is fixed by four screws 14 to the frame 8. It has a flat face perpendicular to the axis of rotation and placed opposite the flat face of the part 17.
  • a waveguide 1 is drilled in the part 7, in the extension of the waveguide tube 9 and opening onto the flat face of the part 7.
  • the part 17 has a position such as the waveguide 2 is an extension of the waveguide 1 and the waveguide 9.
  • a quarter-wave trap 5 is dug on the flat face of the part 7 circularly around the hole where the waveguide 1 opens, the axis of symmetry of revolution of the trap 5 being coincident with the 'rotation axis.
  • a quarter-wave trap is a classic device to ensure, from a radioelectric point of view, the tightness of the connection of two waveguide tubes.
  • the end of each waveguide tube is provided with a flat flange and perpendicular to the longitudinal axis of the two tubes. The flanges of the two tubes to be connected are pressed against each other by four clamping screws.
  • a quarter-wave trap consists of a rectangular section groove, the depth of which is equal to a quarter of the wavelength, and which is hollowed out in one of the flanges on the flat face in contact with the other flaccid.
  • This groove is circular and surrounds the hole where the waveguide opens. If the waveguide has a rectangular section, the maximum distance between the groove and the walls of the guide is chosen to be equal to a quarter of the wavelength. Thus the junction between the two flanges behaves like a short circuit even if the two flanges are not completely contiguous.
  • Figure 2 shows a top view of the part 7.
  • the wavelength is about 3cm
  • the section of the waveguide 1 is 22.86mm x 10.16mm
  • the inside diameter of the quarter-wave trap is 29.26mm
  • its outside diameter is 32.86mm
  • its depth is 9.10mm.
  • the flat face of the part 7, located opposite the flat face of the part 17, is delimited by a cylindrical flank 18, of diameter 40mm, the longitudinal axis of which coincides with the axis of rotation.
  • the space between the two opposite faces of the parts 7 and 17 has a width of 0.05 mm which allows their relative rotation without them rubbing. The absence of friction decreases the energy expenditure necessary for the deployment of the antenna and avoids the problems due to the dilation according to the temperature.
  • the ball bearing 11 is fixed, on the one hand, to the part 17 by a clamping flange 10, screwed onto a thread, and on the other hand to the frame 8 by a flange 12 held by four screws 13.
  • the flanges 10 and 12 have an axis of symmetry of revolution coincident with the axis of rotation.
  • a variant of the coupling device according to the invention comprises a membrane 6 intended to perfect the radioelectric tightness of the joint, already ensured by the quarter-wave trap 5.
  • the membrane 6 is planar, with the exception of a domed ring intended to make it more elastic. It also has a circular opening concentric with the domed ring and diameter 37mm. The domed ring and the opening have their center located on the axis of rotation.
  • the membrane 6 has an axis of symmetry of revolution which coincides with the axis of rotation. The edge of the circular opening presses and rubs against the collar 10, while the periphery of the membrane 6 is fixed to the collar 12 by the four screws 13. The membrane 6 is thus secured to the frame 8 and to the part 7.
  • the invention is not limited to the embodiment described and shown. It is in particular within the reach of those skilled in the art to produce a waveguide 2 extending beyond the ball bearing 16, with or without a 90 ° bend. It is also possible for it to provide a quarter-wave trap on each of the two facing planar faces.

Landscapes

  • Waveguide Connection Structure (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Description

  • L'invention concerne un dispositif de couplage entre deux guides d'ondes hyperfréquences comportant un bâti fixe dans lequel est percé le premier guide d'onde, et une pièce percée du second guide d'onde et mobile en rotation, entre une première et une deuxième position, autour d'un axe de rotation confondu avec l'axe longitudinal des deux guides d'ondes, au moins un piège quart-d'onde étant prévu à la jonction entre lesdits guides.
  • L'invention est applicable notamment dans le cas du raccordement d'une antenne pivotante équipant un satellite. Une telle antenne possède deux positions: Dans une première position elle est reliée contre le satellite, afin de pouvoir tenir dans le volume délimité par la coiffe qui protège le satellite lors de son lancement; elle est déployée et mise dans une deuxième position, sa position de fonctionnement, lorsque le satellite est arrivé sur orbite. L'angle de rotation est alors inférieur à 360°, et la deuxième position est fixe.
  • L'antenne est raccordée, par deux tronçons de guide d'ondes aux équipements d'émission ou de réception situés à bord du satellite. Un tronçon est solidaire de l'antenne et un tronçon est solidaire du satellite. La jonction entre le tronçon fixe et le tronçon mobile doit être réalisée par un dispositif n'atténuant pas le signal et étant fiable dans une gamme de température allant de -150° C à +200° C, en présence des radiations.
  • A partir du document FR-A-2 144 822, on connaît une antenne pour un hélicoptère ayant des facilités de déploiement et de repli de cette antenne. L'antenne est liée à l'émetteur- récepteur par un guide d'ondes flexible, mais celui-ci est d'autant plus long que l'angle de rotation est grand; ses pertes sont non négligeables, et varient aléatoirement en fonction de la conformation prise par le guide après le déploiement de l'antenne. Il est en outre connu de réaliser une liaison par un câble coaxial flexible, mais celui-ci provoque des pertes non négligeable et son isolant résiste difficilement aux températures extrêmes. Ces deux dispositifs nécessitent um moteur relativement puissant, et une certaine consommation d'énergie pour déployer l'antenne.
  • Il est connu aussi, de realiser, des joints, tournant sur plus 360°, en raccordant sans contact deux lignes coaxiales, leurs conducteurs externes d'une part, et leurs conducteurs internes d'autre part étant mis face à face sur une longueur égale à un quart de la longueur d'onde. Ce dispositif est de réalisation complexe et coûteuse quand les pertes doivent être minimisées.
  • Enfin, il est connu par le livre "Circuits pour ondes guidées" de Boudouris et Chenevier, édition Dunod 1975, page 132, un dispositif selon le préambule de la revendication 1. On y réalise un changement de mode de propagation des ondes pour les faire passer d'un guide à section rectangulaire à un guide à section circulaire, réaliser un joint tournant sur ce guide à section circulaire, puis refaire un changement de mode pour refaire passer les ondes dans un guide à section rectangulaire. Ce dispositif a pour inconvénient de nécessiter deux changements de mode, qui entraînent des pertes non négligeables.
  • Le dispositif selon l'invention remédie à ces inconvénients par des moyens simples.
  • Selon l'invention, un dispositif de couplage entre deux guides d'ondes hyperfréquences, à section rectangulaire, pour raccorder un premier guide d'ondes, fixe, à un deuxième guide d'ondes, ayant un même axe longitudinal et pivotant autour de cet axe pour se mettre dans une position déterminée, est caractérisé en ce que chacun des guides débouche perpendiculairemen à une face plane perpendiculaire à cet axe; en ce que ces deux faces sont séparées par un espace d'épaisseur non nulle et très inférieure à la longueur des ondes; en ce qu'au moins une de ces faces est creusée d'un piège quart-d'onde entourant l'ouverture de guide d'ondes débouchant sur cette face; et en ce qu'il comporte une butée pour arrêter la rotation du deuxième guide lorsqu'il a atteint la position où il est dans le prolongement du premier guide.
  • L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront au cours de la description ci-dessous, et sur les figures l'accompagnant:
    • - la figure 1 représente une coupe d'un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention;
    • - la figure 2 représente une vue d'une des pièces constituant cet exemple de réalisation.
  • Sur la figure 1 un tronçon 9 de tube guide d'ondes, à section rectangulaire, relie l'équipement d'émission ou de réception au dispositif selon l'invention, et un tronçon 15 de tube guide d'ondes, à section rectangulaire, relie le dispositif de couplage à l'antenne. Ce dispositif comporte principalement un bâti fixe 8 solidaire du satellite et une pièce 17 solidaire de l'antenne et du tronçon de tube guide d'ondes 15. La pièce 17 peut tourner, par rapport au bâti 8, grâce à deux roulements à billes, 11 et 16, ayant un même axe de révolution confondu avec l'axe longitudinal du tronçon de tube guide d'ondes 9. La rotation de la pièce 17 et de l'antenne est assurée par un moteur, ou un ressort, non représenté sur la figure. Les deux positions de l'antenne sont définies par des butées qui ne sont pas, non plus, représentées. La pièce 17 comporte une face plane, perpendiculaire à l'axe de rotation, sur laquelle débouche un guide d'ondes 2, à section rectangulaire; à cette extrémité du guide d'onde 2 son axe longitudinal est confondu avec l'axe de rotation de la pièce 17. Le guide d'ondes 2 est percé à l'intérieur de la pièce 17 et débouche, après un coude à 90°, en face du tronçon de tube guide d'ondes 15, qui, dans cet exemple, est perpendiculaire à l'axe de rotation de la pièce 17.
  • Le dispositif de couplage selon l'invention comporte en outre une pièce 7 à laquelle l'extrémité du tronçon 9 de tube guide d'ondes est raccordée. La pièce 7 est fixée par quatre vis 14 au bâti 8. Elle comporte une face plane perpendiculaire à l'axe de rotation et placée en vis à vis de la face plane, de la pièce 17. Un guide d'ondes 1 est percé dans la pièce 7, dans le prolongement du tube guide d'ondes 9 et débouchant sur la face plane de la pièce 7. Quand l'antenne est mise dans sa position de fonctionnement, la pièce 17 a une position telle que le guide d'ondes 2 est dans le prolongement du guide d'ondes 1 et du guide d'ondes 9.
  • D'autre part, un piège quart-d'onde 5 est creusé sur la face plane de la pièce 7 circulairement autour du trou où débouche le guide d'ondes 1, l'axe de symétrie de révolution du piège 5 étant confondu avec l'axe de rotation. Un piège quart-d'onde est un artifice classique pour assurer, du point de vue radio-electrique, l'étanchéité du raccordement de deux tubes guides d'ondes. Par exemple pour raccorder deux tubes guides d'ondes, fixes, l'extrémité de chaque tube guide d'ondes est munie d'un flasque plan et perpendiculaire à l'axe longitudinal des deux tubes. Les flasques des deux tubes à raccorder sont plaqués l'un contre l'autre par quatre vis de serrage. Un piège quart- d'onde est constitué d'une rainure à section rectangulaire, dont la profondeur est égale à un quart de la longueur d'onde, et qui est creusée dans un des flasques sur la face plane en contact avec l'autre flasque. Cette rainure est circulaire et entoure le trou ou debouche le guide d'ondes. Si le guide d'ondes a une section rectangulaire la distance maximale entre la rainure et les parois du guide est choisie égale à un quart de longueur d'onde. Ainsi la jonction entre les deux flasques se comporte comme un court-circuit même si les deux flasques ne sont pas tout-à-fait jointifs.
  • La figure 2 représente une vue de dessus de la pièce 7. Dans cet exemple de réalisation la longueur d'onde est d'environ 3cm, la section du guide d'ondes 1 est de 22,86mm x 10,16mm; le diamètre intérieur du piège quart-d'onde est de 29,26mm, son diamètre extérieur est de 32,86mm, et sa profondeur est de 9,10mm. La face plane, de la pièce 7, située en vis à vis de la face plane de la pièce 17, est délimitée par un flanc cylindrique 18, de diamètre 40mm, dont l'axe longitudinal est confondu avec l'axe de rotation. L'espace entre les deux faces en regard des pièces 7 et 17 a une largeur de 0,05mm qui permet leur rotation relative sans qu'elles frottent. L'absence de frottement diminue la dépense d'énergie nécessaire au déploiement de l'antenne et évite les problèmes dus à la dilation en fonction de la température.
  • Le roulement à billes 11 est fixé, d'une part, à la pièce 17 par une collerette de serrage 10, vissée sur un filetage, et d'autre part au bâti 8 par une collerette 12 maintenue par quatre vis 13. Les collerettes 10 et 12 ont un axe de symétrie de révolution confondu avec l'axe de rotation.
  • Une variante du dispositif de couplage selon l'invention comporte une membrane 6 destinée à parfaire l'étanchéité radio-électrique du joint, déjà assurée par le piège quart-d'onde 5. La membrane 6 est plane, à l'exception d'un anneau bombé destiné à la rendre plus élastique. Elle comporte en outre une ouverture circulaire concentrique à l'anneau bombé et de diamètre 37mm. L'anneau bombé et l'ouverture ont leur centre situé sur l'axe de rotation. La membrane 6 a un axe de symétrie de révolution qui est confondu avec l'axe de rotation. La bordure de l'ouverture circulaire appuie et frotte sur la collerette 10, tandis que la périphérie de la membrane 6 est fixée sur la collerette 12 par les quatre vis 13. La membrane 6 est ainsi solidaire du bâti 8 et de la pièce 7.
  • L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté. Il est notamment à la portée de l'homme de l'art de réaliser un guide d'ondes 2 se prolongeant au-delà du roulement à billes 16, avec ou sans coude à 90°. Il lui est possible aussi de prévoir un piège quart- d'onde sur chacune des deux faces planes en regard.

Claims (9)

1/ Dispositif de couplage entre deux guides d'ondes hyperfréquences comportant un bâti fixe (8, 7) dans lequel est percé le premier guide d'onde (1), et une pièce (17) percée du second guide d'onde (2) et mobile en rotation, entre une première et une deuxième position, autour d'un axe de rotation confondu avec l'axe longitudinal des deux guides d'ondes (1, 2), au moins un piège quart-d'onde étant prévu à la jonction entre lesdits guides, caractérisé en ce que lesdits guides d'ondes (1, 2) ont des sections rectangulaires, que le couplage entre le premier et le deuxième guides d'onde a lieu lorsque la pièce (17) mobile est située dans sa deuxième position qui est telle que la section du premier guide d'onde (1) est située dans l'alignement de la section du deuxième guide d'onde (2); en ce que le bâti fixe (8, 7) et la pièce mobile (17) sont chacun muni d'une face plane (4, 3) perpendiculaire audit axe de rotation; en ce que chacun des deux guides (1, 2) débouche respectivement sur l'une de ces deux faces planes (4, 3); en ce que ces deux faces planes (3, 4) sont séparées par un espace d'épaisseur non nulle et très inférieur à la longueur des ondes, et en ce que ledit piège quart-d'onde (5) est creusé dans une desdites faces (3,4).
2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première face plane (3) est délimitée par une bordure circulaire (10), dont l'axe de symétrie de révolution est confondu avec l'axe longitudinal des deux guides (1, 2); en ce qu'il comporte une membrane métallique (6), ayant la forme d'une couronne circulaire, dont le diamètre intérieur est inférieur au diamètre de la sus-dite bordure (10), et ayant un axe de révolution confondu avec l'axe longitudinal; et en ce que le bord de la membrane (6), autour de la découpe, s'appuie sur la sus-dite bordure (10), la membrane (6) étant solidaire (12) par ailleurs, de la seconde face (4).
3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la membrane métallique (6) est bombée.
4/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième guide d'ondes (2) forme un angle à 90° à l'intérieur de la pièce mobile (17).
5/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pièce mobile (17) peut tourner par rapport au bâti (8) grâce à deux roulements à billes (11, 16) ayant un même axe de révolution confondu avec l'axe longitudinal du premier guide d'onde (1 ).
6/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la rotation de la pièce (17) est assurée par un moteur.
7/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la rotation de la pièce (17) est assurée par un ressort.
8/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que un tronçon de guide d'ondes (9), à section rectangulaire, relie un équipement d'émission ou réception au premier guide (1).
9/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que un tronçon de guide d'onde (15), à section rectangulaire, relie le deuxième guide d'ondes (2) à une antenne.
EP83400364A 1982-03-05 1983-02-22 Dispositif de couplage entre deux guides d'ondes hyperfréquences Expired EP0088664B1 (fr)

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FR8203732 1982-03-05
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Publication Number Publication Date
EP0088664A1 EP0088664A1 (fr) 1983-09-14
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EP83400364A Expired EP0088664B1 (fr) 1982-03-05 1983-02-22 Dispositif de couplage entre deux guides d'ondes hyperfréquences

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EP (1) EP0088664B1 (fr)
JP (1) JPS58166801A (fr)
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