EP0153541A1 - Circular window for a microwave waveguide - Google Patents

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EP0153541A1
EP0153541A1 EP84402742A EP84402742A EP0153541A1 EP 0153541 A1 EP0153541 A1 EP 0153541A1 EP 84402742 A EP84402742 A EP 84402742A EP 84402742 A EP84402742 A EP 84402742A EP 0153541 A1 EP0153541 A1 EP 0153541A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
circular
waveguide
guide
window
section
Prior art date
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Granted
Application number
EP84402742A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0153541B1 (en
Inventor
Jean-Claude Kuntzmann
Jacques Tikes
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Thomson CSF SA filed Critical Thomson CSF SA
Publication of EP0153541A1 publication Critical patent/EP0153541A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0153541B1 publication Critical patent/EP0153541B1/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J23/00—Details of transit-time tubes of the types covered by group H01J25/00
    • H01J23/36—Coupling devices having distributed capacitance and inductance, structurally associated with the tube, for introducing or removing wave energy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/08—Dielectric windows

Definitions

  • the present invention relates to a window for a microwave waveguide, more particularly a circular window.
  • microwave windows used in these devices must have sufficient solidity to withstand a pressure which may be greater than 3 kg / cm 2 in the most unfavorable case, that is to say when they are associated with a device operating at high pressure.
  • microwave windows must also be able to withstand temperature variations of up to 800 ° C during final brazing in the component.
  • the microwave windows can be used in a wide bandwidth corresponding substantially to the bandwidth of the microwave devices in which they are mounted, band in which they do not have parasitic internal resonances generally designated by the term "Anglo-Saxon” ghost-modes ".
  • the "pill-box" type window is known in particular.
  • the pill-box window is constituted by a thin dielectric strip 1 brazed in a section of circular waveguide 2 connected on either side to a rectangular waveguide 3
  • the propagation modes are respectively TE 01 mode in the rectangular guides 3 and TE mode 11 in the circular guide 2.
  • the diameter D of the circular guide is substantially equal to the diagonal of the rectangular guide 3 so as not to modify the electrical wavelength ⁇ g between the rectangular guide and the circular guide.
  • the length L of the circular guide is electrically equal to half the guided wavelength ⁇ g.
  • the pill-box window therefore behaves like a half-wave impedance transformer.
  • this type of window has many parasitic modes or "ghost-modes", which reduces its operating band, to a useful band of about 10% compared to its central frequency.
  • the "pill-box" window has many drawbacks in terms of the width of the useful frequency band, particularly for high-power CW tubes used for telecommunications, for which the natural amplification band is much greater than the useful band, which leads to a risk of destruction in the event of accidental piloting outside the normal band of use.
  • the present invention which results from research carried out for many years, therefore aims to remedy these. disadvantages.
  • the present invention therefore relates to a circular window for microwave waveguide constituted by a circular blade of dielectric material mounted in a section of circular guide connected on either side to a waveguide operating in a band of frequencies centered around a central frequency, characterized in that the diameter of the circular blade is chosen to reject parasitic modes or "ghost-modes", outside the operating frequency band, in that the length of the section of circular guide is chosen so that the reactance of the blade and circular guide assembly is canceled for the central frequency and in that it comprises a half-wave impedance transformer, the wavelength considered being the length d electrical wave corresponding to the transformer central frequency, the height of which is chosen to carry out the adaptation in the operating frequency band.
  • Figures 3a to 3c and Figure 4 show different views of an embodiment of a circular window according to the present invention used in a waveguide 5 of rectangular section.
  • the circular window according to the invention comprises a thin blade 6 of a dielectric material, preferably of a ceramic such as alumina or the like, mounted in a section of waveguide 7 brazed on either side on the rectangular waveguide 5.
  • the thickness e of the dielectric strip was chosen so as to obtain the desired rigidity and tightness.
  • the diameter 0 of the dielectric strip which is also the diameter of the circular guide is chosen to reject the parasitic modes or "ghost-modes" far beyond the frequency band Fil F 2 to be transmitted by the rectangular waveguide in which the window is inserted.
  • the diameter ⁇ of the circular guide is between the dimension a of the short side of the rectangular guide and the dimension b of the long side of the rectangular guide.
  • the window also includes a half-wave impedance transformer 10 consisting of two elements of the same length placed on each side of the circular guide in the rectangular guide and covering, for example, one of the long sides of the rectangular wave guide 5 It can also be distributed on the two long sides. It can be achieved, as shown in Figure 3a, by an asymmetrical reduction in the height of the guide.
  • the transformer can be produced using a metal plate attached to one of the long sides of the guide.
  • the height h of the transformer is chosen to carry out the adaptation in the operating frequency band F I F 2 .
  • the Smith diagram shows the variations in the frequency band F 1 , F 2 , of the impedance presented by the assembly consisting of the dielectric strip 6 of the inductive parts 8 and of the parts 9 of the circular guide section 7.
  • the thickness e of the dielectric strip, the diameter ⁇ and the length L of the circular guide section have been chosen so that the impedance of the above assembly is a pure reactance which progressively passes through inductive, zero, and capacitive values in the direction of increasing frequencies from F 1 to F 2 and is canceled for F O.
  • the impedance transformer Before the impedance transformer, at the plane ⁇ 1, there is adaptation whatever the frequency, the impedance is represented by the point A in the center of the Smith chart.
  • the arrival at pian ⁇ 2 means, whatever the frequency, a purely resistive decrease in impedance and the impedance is represented by point B to the left of point A on the p axis of the resistances of the Smith chart .
  • the displacement of the plane ⁇ 2 to the plane ⁇ 4 over the length ⁇ g / 2 causes a rotation on a circle of radius AB centered at point A in the trigonometric direction.
  • the angle of rotation depends on the operating frequency: thus it is 2 ⁇ for F O of 2 ⁇ . for F 1 , and 2 ⁇ for F 2 .
  • the impedance is represented by the point C located on the circle above the point B for F 1 .
  • the impedance is represented by point B for F O and by point E located on the circle below point B for F 2 .
  • the transformer is crossed and there is an increase in purely resistive impedance which compensates for the decrease which had occurred at the plane ⁇ 2.
  • the impedance on the plane ⁇ 5 is therefore represented at the frequencies F 1 , F O and F 2 by the points DA and F which are substantially aligned on the axis q of the impedances. Points D and F are located on either side of A.
  • the impedance in the median plane ⁇ 3 distant from ⁇ g / 4 from the plane ⁇ 5 is deduced from the impedance at the plane ⁇ 5 by a 180 ° rotation of the line segment D A F.
  • the impedance of the half-wave transformer is therefore an impedance which successively takes on purely capacitive values, zero and purely inductive in the direction of increasing frequencies from F 1 to F 2 , namely from D to F.
  • the dimensions of the dielectric strip and of the circular guide as well as the height h of the transformer are determined so that the impedance of the transformer and that of the assembly constituted by the dielectric plate and the elements of the circular guide compensate in the frequency band F ,, F 2 so as to be adapted with a standing wave ratio substantially equal to 1 and without having modes parasites or "ghost-modes" in the frequency band F I , F 2 , as can be seen in FIG. 8 which represents a diagram giving the standing wave ratio as a function of the frequency in a circular window conforming to the present invention.
  • the circular guide section 7 is at the cutoff frequency.
  • the length of the circular guide section is very short compared to the electrical wavelength ⁇ g, there is no problem of wave transmission.
  • a circular window in accordance with the present invention was tested on a waveguide of rectangular section with internal dimensions 15.80 x 34.85 mm.
  • the dimensions of the window are as follows:
  • the standing wave ratio is 1.15 in a frequency band of 5.15 to 8.15 GHz without parasitic mode.
  • the width of the operating band relative to the central frequency has thus been increased to 45%.
  • the first "ghost-mode" is at 8.18 GHz.
  • the ceramic dielectric strip 6 is brazed on a circular jacket 11 made of a metallic material such as copper or metallized.
  • a circular jacket 11 made of a metallic material such as copper or metallized.
  • the jacket 11 also forms the wall of the circular guide 7.
  • the jacket 11 is inserted into a cylindrical frame 12 of U-shaped cross section.
  • Two metal connection pieces 13 are provided on each side of the frame 12 to make the connection between the circular guide and the rectangular wave guide 5 in accordance with the present invention.
  • the internal lateral walls of the connection pieces 13 form, at the long sides of the rectangular waveguide, the inductive parts 8.
  • connection elements 13 are brazed respectively to the frame 12 and to the ends of the two sections of rectangular guide 5.
  • the half-wave transformer 10 is constituted by two metal blades which have been brazed on one of the long sides of the rectangular waveguide 5.
  • FIG. 9 The assembly represented by FIG. 9 with the dimensions mentioned above allows a very wide band of use with a high power in continuous waves as shown in the characteristic of FIG. 8.
  • the circular window is used in a waveguide of rectangular section.
  • the circular windows according to the present invention can also be used in waveguides of any cross section such as elliptical guides, for example.
  • the waveguides of the present invention are used more particularly in satellite telecommunications equipment, for example, in the bands for "Intelsat".

Landscapes

  • Waveguide Connection Structure (AREA)
  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)

Abstract

La présente invention concerne une fenêtre circulaire pour guide d'onde hyperfréquence. Cette fenêtre est constituée par une lame circulaire (6) en un matériau diélectrique montée dans un tronçon de guide circulaire 7 relié de part et d'autre à un guide d'onde 5 fonctionnant dans une bande de fréquence centrée autour d'une fréquence centrale. Le diamètre ⊘ de la lame circulaire 6 est choisi pour rejeter les modes parasites ou "ghost-modes" en dehors de la bande de fréquence. La longueur (L) du tronçon de guide circulaire (7) est choisie pour que la réactance de l'ensemble lame (6) et guide circulaire (7) s'annule pour la fréquence centrale. Elle comporte de plus un transformateur (10) d'impédance demi-onde dont la hauteur (h) est choisie pour réaliser l'adaptation dans la bande de fréquence de fonctionnement. La fenêtre associée à des guides d'onde de section rectangulaire est utilisée notamment avec des tubes pour les télécommunications.The present invention relates to a circular window for microwave waveguide. This window is constituted by a circular blade (6) of a dielectric material mounted in a circular guide section 7 connected on either side to a wave guide 5 operating in a frequency band centered around a central frequency . The diameter ⊘ of the circular blade 6 is chosen to reject parasitic modes or "ghost-modes" outside the frequency band. The length (L) of the circular guide section (7) is chosen so that the reactance of the blade (6) and circular guide (7) assembly is canceled out for the central frequency. It further comprises a transformer (10) of half-wave impedance whose height (h) is chosen to carry out the adaptation in the operating frequency band. The window associated with rectangular section waveguides is used in particular with tubes for telecommunications.

Description

La présente invention concerne une fenêtre pour guide d'onde hyperfréquence, plus particulièrement une fenêtre circulaire.The present invention relates to a window for a microwave waveguide, more particularly a circular window.

En effet, les dispositifs hyperfréquences qui fonctionnent à une pression différente de la pression atmosphérique nécessitent en général une fenêtre étanche destinée à la fois à l'isoler de la pression extérieure et à permettre la propagation des ondes hyperfréquences sans produire de réflexion ni de résonance interne, c'est le cas, par exemple, pour :

  • - les tubes hyperfréquences et les accélérateurs qui fonctionnent à des pressions sensiblement nulles ;
  • - les circulateurs, les isolateurs, les lignes coaxiales et les guides d'onde dans lesquels un gaz peut être emprisonné pour augmenter leur tenue en puissance. La pression de ce gaz peut atteindre 3 kg/cm 2 ou plus.
In fact, microwave devices which operate at a pressure different from atmospheric pressure generally require a sealed window intended both to isolate it from external pressure and to allow propagation of microwave waves without producing internal reflection or resonance. , this is the case, for example, for:
  • - microwave tubes and accelerators which operate at substantially zero pressures;
  • - circulators, insulators, coaxial lines and waveguides in which a gas can be trapped to increase their power handling. The pressure of this gas can reach 3 kg / cm 2 or more.

Il résulte de ceci que les fenêtres hyperfréquences utilisées dans ces dispositifs doivent présenter une solidité suffisante pour résister à une pression qui peut être supérieure à 3 kg/cm 2 dans le cas le plus défavorable, c'est-à-dire lorsqu'elles sont associées à un dispositif fonctionnant à pression élevée. D'autre part, les fenêtres hyperfréquences doivent également être en mesure de supporter des variations de température pouvant atteindre 800 °C lors du brasage final dans le composant.It follows from this that the microwave windows used in these devices must have sufficient solidity to withstand a pressure which may be greater than 3 kg / cm 2 in the most unfavorable case, that is to say when they are associated with a device operating at high pressure. On the other hand, microwave windows must also be able to withstand temperature variations of up to 800 ° C during final brazing in the component.

Il est souhaitable que les fenêtres hyperfréquences puissent être utilisées dans une large bande passante correspondant sensiblement à la bande passante des dispositifs hyperfréquences dans lesquels elles sont montées, bande dans laquelle elles ne présentent pas de résonances internes parasites généralement désignées par le terme anglo-saxon "ghost-modes". De plus, il est aussi préférable que dans cette bande de fréquences le rapport d'onde stationnaire soit faible et en conséquence les réflexions peu importantes.It is desirable that the microwave windows can be used in a wide bandwidth corresponding substantially to the bandwidth of the microwave devices in which they are mounted, band in which they do not have parasitic internal resonances generally designated by the term "Anglo-Saxon" ghost-modes ". In addition, it is also preferable that in this frequency band the standing wave ratio is low and consequently the reflections not very important.

Parmi les fenêtres de l'art antérieur utilisées dans les dispositifs ci-dessus, on connait notamment la fenêtre de type "pill-box".Among the windows of the prior art used in the above devices, the "pill-box" type window is known in particular.

Comme représenté sur les figures la et Ib, la fenêtre "pill-box" est constituée par une lame diélectrique mince 1 brasée dans un tronçon de guide d'onde circulaire 2 connecté de part et d'autre à un guide d'onde rectangulaire 3. Dans ce cas, les modes de propagation sont respectivement le mode TE 01 dans les guides rectangulaires 3 et le mode TE 11 dans le guide circulaire 2. Comme représenté plus particulièrement sur la figure lb, le diamètre D du guide circulaire est sensiblement égal à la diagonale du guide rectangulaire 3 pour ne pas modifier la longueur d'onde électrique λg entre le guide rectangulaire et le guide circulaire. De plus, la longueur L du guide circulaire est égale électriquement à la moitié de la longeur d'onde guidée À g. La fenêtre "pill-box" se comporte donc comme un transformateur d'impédance demi-onde. Il en résulte que l'adaptation est parfaite à la fréquence centrale mais se dégrade progressivement de chaque côté. Comme représenté sur la figure 2, ce type de fenêtres présente de nombreux modes parasites ou "ghost-modes", ce qui réduit sa bande de fonctionnement, à une bande utile de 10 % environ par rapport à sa fréquence centrale. En effet sur la courbe de la figure 2, on observe des modes parasites pour les fréquences 5,4 GHz, 5,8 GHz, 6,5 GHz ce qui donne une bande passante utile de 575 MHz, entre, par exemple F = 5, 850 GHz et F2 = 6,425 GHz.As shown in FIGS. 1a and 1b, the pill-box window is constituted by a thin dielectric strip 1 brazed in a section of circular waveguide 2 connected on either side to a rectangular waveguide 3 In this case, the propagation modes are respectively TE 01 mode in the rectangular guides 3 and TE mode 11 in the circular guide 2. As shown more particularly in FIG. 1b, the diameter D of the circular guide is substantially equal to the diagonal of the rectangular guide 3 so as not to modify the electrical wavelength λg between the rectangular guide and the circular guide. In addition, the length L of the circular guide is electrically equal to half the guided wavelength λ g. The pill-box window therefore behaves like a half-wave impedance transformer. As a result, the adaptation is perfect at the center frequency but gradually degrades on each side. As shown in Figure 2, this type of window has many parasitic modes or "ghost-modes", which reduces its operating band, to a useful band of about 10% compared to its central frequency. Indeed on the curve of Figure 2, we observe parasitic modes for frequencies 5.4 GHz, 5.8 GHz, 6.5 GHz which gives a useful bandwidth of 575 MHz, between, for example F = 5 , 850 GHz and F 2 = 6.425 GHz.

-D'autre part, l'ensemble des dimensions de la fenêtre "pill-box" est choisi de manière à n'entrainer aucun problème au niveau du fonctionnement hyperfréquence. L'homme de métier peut éventuellement modifier les dimensions de ces fenêtres pour déplacer la bande de fréquences tout en restant adapté mais sans modifier sensiblement cette bande de fréquence.-On the other hand, all the dimensions of the "pill-box" window are chosen so as not to cause any problem in terms of microwave operation. Those skilled in the art can possibly modify the dimensions of these windows to move the frequency band while remaining suitable but without substantially modifying this frequency band.

En conséquence, la fenêtre "pill-box" présente de nombreux inconvénients au niveau de la largeur de la bande de fréquences utile, particulièrement pour les tubes hyperfréquences de forte puissance en ondes entretenues utilisés pour les télécommunications, pour lesquels la bande naturelle d'amplification est largement supérieure à la bande utile, ce qui entraine un risque de destruction en cas de pilotage accidentel hors de la bande normale d'utilisation.Consequently, the "pill-box" window has many drawbacks in terms of the width of the useful frequency band, particularly for high-power CW tubes used for telecommunications, for which the natural amplification band is much greater than the useful band, which leads to a risk of destruction in the event of accidental piloting outside the normal band of use.

Pour remédier à ces inconvénients, la Demanderesse a proposé dans la demande de brevet européen 31 275 une fenêtre rectangulaire qui peut être utilisée dans une large bande de fréquences sans ghost-mode et dans laquelle le rapport d'onde stationnaire est faible. Cependant, elle a rencontré de nombreux problèmes lors de la réalisation pratique de telles fenêtres.To overcome these drawbacks, the Applicant has proposed in European patent application 31 275 a rectangular window which can be used in a wide frequency band without ghost-mode and in which the standing wave ratio is low. However, it encountered many problems in the practical realization of such windows.

La présente invention, qui résulte de recherches réalisées depuis de nombreuses années, a donc pour but de remédier à ces . inconvénients.The present invention, which results from research carried out for many years, therefore aims to remedy these. disadvantages.

La présente invention a en conséquence pour objet une fenêtre circulaire pour guide d'onde hyperfréquence constituée par une lame circulaire de matériau diélectrique montée dans un tronçon de guide circulaire relié de part et d'autre à un guide d'onde fonctionnant dans une bande de fréquences centrée autour d'une fréquence centrale, caractérisée en ce que le diamètre de la lame circulaire est choisi pour rejeter les modes parasites ou "ghost-modes", en dehors de la bande de fréquences de fonctionnement, en ce que la longueur du tronçon de guide circulaire est choisie pour que la réactance de l'ensemble lame et guide circulaire s'annule pour la fréquence centrale et en ce qu'elle comporte un transformateur d'impédance demi-onde, la longueur d'onde considérée étant la longueur d'onde électrique correspondant à la fréquence centrale transformateur, dont la hauteur est choisie pour réaliser l'adaptation dans la bande de fréquences de fonctionnement.The present invention therefore relates to a circular window for microwave waveguide constituted by a circular blade of dielectric material mounted in a section of circular guide connected on either side to a waveguide operating in a band of frequencies centered around a central frequency, characterized in that the diameter of the circular blade is chosen to reject parasitic modes or "ghost-modes", outside the operating frequency band, in that the length of the section of circular guide is chosen so that the reactance of the blade and circular guide assembly is canceled for the central frequency and in that it comprises a half-wave impedance transformer, the wavelength considered being the length d electrical wave corresponding to the transformer central frequency, the height of which is chosen to carry out the adaptation in the operating frequency band.

Avec les fenêtres de la présente invention, on obtient une largeur de bande d'utilisation qui correspond à plus de 40 % par rapport à la fréquence centrale, ceci avec un rapport d'onde stationnaire inférieur à 1,15 et sans "ghost-modes".With the windows of the present invention, a bandwidth of use is obtained which corresponds to more than 40% relative to the central frequency, this with a standing wave ratio of less than 1.15 and without "ghost-modes" ".

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux desssins ci-annexés dans lesquels :

  • - les figures la et lb, déjà décrites, sont respectivement une vue en coupe longitudinale et une vue en coupe par A A' de la figure la, d'une fenêtre de type "pill-box" conforme à l'art antérieur ;
  • - la figure 2, déjà décrite, est un graphique donnant le gain en fonction de la fréquence pour un tube à ondes progressives de télécommunications utilisant une fenêtre "pill-box" conforme à l'art antérieur ;
  • - les figures 3a, 3b, 3c sont respectivement une vue en coupe longitudinale selon le petit côté d'un guide d'onde rectangulaire, d'un mode de réalisation d'une fenêtre circulaire conforme à la présente invention utilisée dans un guide rectangulaire, une vue en coupe par B B' de la figure 3a et une vue en coupe longitudinale selon le grand côté du guide d'onde ;
  • - la figure 4 est une vue en perspective de la fenêtre circulaire des figures 3a à 3c ;
  • - les figures 5 à 7 sont des abaques de Smith illustrant le fonctionnement d'une fenêtre circulaire selon l'invention ;
  • - la figure 8 est un graphique donnant le rapport d'onde stationnaire en fonction de la fréquence dans une fenêtre circulaire conforme à la présente invention ;
  • - la figure 9 est une vue en coupe schématique selon le petit côté du guide illustrant un mode de réalisation d'une fenêtre circulaire conforme à la présente invention.
Other characteristics and advantages of the present invention will appear on reading the description given below of an embodiment given by way of nonlimiting example, with reference to the appended drawings in which:
  • - Figures la and lb, already described, are respectively a longitudinal sectional view and a sectional view through AA 'of Figure la, of a window of type "pill-box" according to the prior art;
  • - Figure 2, already described, is a graph giving the gain as a function of frequency for a traveling wave tube of telecommunications using a window "pill-box" according to the prior art;
  • FIGS. 3a, 3b, 3c are respectively a view in longitudinal section along the short side of a rectangular waveguide, of an embodiment of a circular window according to the present invention used in a rectangular guide, a sectional view through BB 'of FIG. 3a and a longitudinal sectional view along the long side of the waveguide;
  • - Figure 4 is a perspective view of the circular window of Figures 3a to 3c;
  • - Figures 5 to 7 are Smith charts illustrating the operation of a circular window according to the invention;
  • - Figure 8 is a graph giving the standing wave ratio as a function of frequency in a circular window according to the present invention;
  • - Figure 9 is a schematic sectional view along the short side of the guide illustrating an embodiment of a circular window according to the present invention.

Sur les différentes figures, les mêmes références désignent les mêmes éléments.In the different figures, the same references designate the same elements.

Les figures 3a à 3c ainsi que la figure 4 représentent différentes vues d'un mode de réalisation d'une fenêtre circulaire conforme à la présente invention utilisée dans un guide d'onde 5 de section rectangulaire.Figures 3a to 3c and Figure 4 show different views of an embodiment of a circular window according to the present invention used in a waveguide 5 of rectangular section.

La fenêtre circulaire conforme à l'invention comporte une lame mince 6 en un matériau diélectrique, de préférence en une céramique telle que l'alumine ou similaire, montée dans un tronçon de guide d'onde 7 brasé de part et d'autre sur le guide d'onde rectangulaire 5. L'épaisseur e de la lame diélectrique a été choisie de manière à obtenir la rigidité et l'étancheïté souhaitées. D'autre part, le diamètre 0 de la lame diélectrique qui est aussi le diamètre du guide circulaire est choisi pour rejeter les modes parasites ou "ghost-modes" largement au-delà de la bande de fréquence Fil F2 à transmettre par le guide d'onde rectangulaire dans lequel est insérée la fenêtre. Comme représenté clairement sur les figures 3a et 3c, le diamètre ⌀ du guide circulaire est compris entre la dimension a du petit côté du guide rectangulaire et la dimension b du grand côté du guide rectangulaire. De ce fait, on crée au niveau du guide circulaire des parties selfiques 8 et des parties 9 qui correspondent à un manque de capacité. Les parties 8 et 9 associées à la lame diélectrique 6 donnent une réactance pure. En conséquence, la longueur L du tronçon de guide circulaire 7 est choisie pour que la réactance de l'ensemble constitué par la lame diélectrique 6 et par les parties 8 et 9 du guide circulaire s'annule pour la fréquence centrale FO. La fenêtre comporte aussi un transformateur d'impédance demi-onde 10 constitué de deux éléments de même longueur placés de chaque côté du guide circulaire dans le guide rectangulaire et recouvrant, par exemple, l'un des grands côtés du guide d'onde rectangulaire 5. Il peut être aussi réparti sur les deux grands côtés. Il peut être réalisé, comme représenté sur la figure 3a, par une diminution dissymétrique de la hauteur du guide. Selon un autre mode de réalisation le transformateur peut être réalisé à l'aide d'une plaque métallique rapportée sur l'un des grands côtés du guide.The circular window according to the invention comprises a thin blade 6 of a dielectric material, preferably of a ceramic such as alumina or the like, mounted in a section of waveguide 7 brazed on either side on the rectangular waveguide 5. The thickness e of the dielectric strip was chosen so as to obtain the desired rigidity and tightness. On the other hand, the diameter 0 of the dielectric strip which is also the diameter of the circular guide is chosen to reject the parasitic modes or "ghost-modes" far beyond the frequency band Fil F 2 to be transmitted by the rectangular waveguide in which the window is inserted. As shown clearly in FIGS. 3a and 3c, the diameter ⌀ of the circular guide is between the dimension a of the short side of the rectangular guide and the dimension b of the long side of the rectangular guide. Therefore, it creates at the circular guide inductive parts 8 and parts 9 which correspond to a lack of capacity. Parts 8 and 9 associated with the dielectric strip 6 give pure reactance. Consequently, the length L of the circular guide section 7 is chosen so that the reactance of the assembly constituted by the dielectric strip 6 and by the parts 8 and 9 of the circular guide is canceled out for the central frequency F O. The window also includes a half-wave impedance transformer 10 consisting of two elements of the same length placed on each side of the circular guide in the rectangular guide and covering, for example, one of the long sides of the rectangular wave guide 5 It can also be distributed on the two long sides. It can be achieved, as shown in Figure 3a, by an asymmetrical reduction in the height of the guide. According to another embodiment, the transformer can be produced using a metal plate attached to one of the long sides of the guide.

Comme cela sera expliqué de manière plus détaillée ci-après, la hauteur h du transformateur est choisie pour réaliser l'adaptation dans la bande de fréquence de fonctionnement FI F2.As will be explained in more detail below, the height h of the transformer is chosen to carry out the adaptation in the operating frequency band F I F 2 .

On expliquera maintenant, avec référence aux figures 5 à 7, le fonctionnement d'une fenêtre circulaire telle que celle représentée sur les figures 3a, 3b, 3c et sur la figure 4.We will now explain, with reference to FIGS. 5 to 7, the operation of a circular window such as that shown in FIGS. 3a, 3b, 3c and in FIG. 4.

Sur la figure 5, on a représenté sur l'abaque de Smith les variations dans la bande de fréquence F1, F2, de l'impédance présentée par l'ensemble constitué de la lame diélectrique 6 des parties selfiques 8 et des parties 9 du tronçon de guide circulaire 7.In FIG. 5, the Smith diagram shows the variations in the frequency band F 1 , F 2 , of the impedance presented by the assembly consisting of the dielectric strip 6 of the inductive parts 8 and of the parts 9 of the circular guide section 7.

L'épaisseur e de la lame diélectrique, le diamètre ⌀ et la longueur L du tronçon de guide circulaire ont été choisis pour que l'impédance de l'ensemble ci-dessus soit une réactance pure qui passe progressivement par des valeurs selfiques, nulle, et capacitives dans le sens des fréquences croissantes de F1 à F2 et s'annule pour FO.The thickness e of the dielectric strip, the diameter ⌀ and the length L of the circular guide section have been chosen so that the impedance of the above assembly is a pure reactance which progressively passes through inductive, zero, and capacitive values in the direction of increasing frequencies from F 1 to F 2 and is canceled for F O.

Les variations de l'impédance de l'ensemble constitué par la lame 6, les parties selfiques 8 et les parties 9 du guide circulaire sont donc représentées sur l'abaque de Smith, par un segment de droite porté par l'axe des impédances q de l'abaque de Smith ; ce segment de droite se trouve dans le demi-plan des impédances selfiques pour F,, M passe par le centre de l'abaque pour FO puis se trouve dans le demi-plan des impédances capacitives pour F2* On observe donc une certaine variation de la réactance dans la bande de fonctionnement du guide, variation qui doit être compensée pour obtenir un fonctionnement hyperfréquence correct.The variations in the impedance of the assembly formed by the blade 6, the inductive parts 8 and the parts 9 of the circular guide are therefore represented on the Smith chart, by a straight line carried by the axis of the impedances q Smith's abacus; this line segment is in the half-plane of the inductive impedances for F ,, M passes through the center of the abacus for F O then is found in the half-plane of the capacitive impedances for F 2 * We therefore observe a certain variation of the reactance in the operating band of the guide, variation which must be compensated to obtain a correct microwave operation.

Sur la figure 6, on a représenté sur l'abaque de Smith les variations d'impédance présentées en différents points par un transformateur d'impédance demi-onde monté dans un guide d'onde - rectangulaire et relié à une terminaison adaptée, ces variations étant données pour les fréquences F1, FO, et F2.In Figure 6, we have represented on the Smith chart the variations in impedance presented at different points by a half-wave impedance transformer mounted in a waveguide - rectangular and connected to a suitable termination, these variations being given for the frequencies F 1 , F O , and F 2 .

On appelle :

  • - π1, un plan du guide situé du côté du générateur avant le transformateur ;
  • - π2, le plan d'entrée du transformateur ;
  • - π3, le plan médian du transformateur ;
  • - π4, le plan de sortie du transformateur ;
  • - π5, un plan du guide situé du côté de la terminaison adaptée, contre le transformateur.
We call :
  • - π1, a plane of the guide located on the generator side before the transformer;
  • - π2, the transformer input plane;
  • - π3, the median plane of the transformer;
  • - π4, the transformer output plane;
  • - π5, a plane of the guide located on the side of the suitable termination, against the transformer.

Ces différents plans ont été représentés sur la figure 3a.These different planes have been represented in FIG. 3a.

Avant le transformateur d'impédance, au niveau du plan π 1, il y a adaptation quelle que soit la fréquence, l'impédance est représentée par le point A au centre de l'abaque de Smith.Before the impedance transformer, at the plane π 1, there is adaptation whatever the frequency, the impedance is represented by the point A in the center of the Smith chart.

L'arrivée au pian π2 signifie, quelle que soit la fréquence, une diminution d'impédance purement résistive et l'impédance se trouve représentée par le point B à gauche du point A sur l'axe p des résistances de l'abaque de Smith.The arrival at pian π2 means, whatever the frequency, a purely resistive decrease in impedance and the impedance is represented by point B to the left of point A on the p axis of the resistances of the Smith chart .

Le déplacement du plan π2 au plan π4 sur la longueur λ g/2 entraine une rotation sur un cercle de rayon A B centré au point A dans le sens trigonométrique. L'angle de rotation dépend de la fréquence de fonctionnement : ainsi il est de 2 πpour FO de 2π.

Figure imgb0001
pour F1, et 2π
Figure imgb0002
pour F2.The displacement of the plane π2 to the plane π4 over the length λ g / 2 causes a rotation on a circle of radius AB centered at point A in the trigonometric direction. The angle of rotation depends on the operating frequency: thus it is 2 π for F O of 2π.
Figure imgb0001
 for F 1 , and 2π
Figure imgb0002
 for F 2 .

Au niveau du plan Π4, l'impédance est représentée par le point C situé sur le cercle au-dessus du point B pour F1. L'impédance est représentée par le point B pour FO et par le point E situé sur le cercle au-dessous du point B pour F2.At the level of the plane Π4, the impedance is represented by the point C located on the circle above the point B for F 1 . The impedance is represented by point B for F O and by point E located on the circle below point B for F 2 .

Au niveau du plan π5, le transformateur est franchi et il y a une augmentation d'impédance purement résistive qui compense la diminution qui s'était produite au plan π2.At the plane π5, the transformer is crossed and there is an increase in purely resistive impedance which compensates for the decrease which had occurred at the plane π2.

L'impédance au plan π 5 se trouve donc représentée aux fréquences F1, FO et F2 par les points D A et F qui sont sensiblement alignés sur l'axe q des impédances. Les points D et F sont situés de part et d'autre de A.The impedance on the plane π 5 is therefore represented at the frequencies F 1 , F O and F 2 by the points DA and F which are substantially aligned on the axis q of the impedances. Points D and F are located on either side of A.

L'impédance dans le plan médian π3 distant de λ g/4 du plan π5 se déduit de l'impédance au niveau du plan π 5 par une rotation de 180 ° du segment de droite D A F.The impedance in the median plane π3 distant from λ g / 4 from the plane π5 is deduced from the impedance at the plane π 5 by a 180 ° rotation of the line segment D A F.

Ainsi, comme représenté sur la figure 7, dans le plan π3, l'impédance du transformateur demi-onde est donc une impédance qui prend successivement des valeurs purement capacitives , nulle et purement selfiques dans le sens des fréquences croissantes de F1 vers F2, à savoir de D vers F.Thus, as shown in FIG. 7, in the plane π3, the impedance of the half-wave transformer is therefore an impedance which successively takes on purely capacitive values, zero and purely inductive in the direction of increasing frequencies from F 1 to F 2 , namely from D to F.

En comparant les figures 5 et 7, on constate que les variations dans la bande de fréquence F1, F2 de l'impédance du transformateur et de l'impédance constituée par la lame diélectrique 6, les parties selfiques 8 et les parties 9 du guide circulaire sont purement réactives et se font en sens inverse en fonction de la fréquence.By comparing FIGS. 5 and 7, it can be seen that the variations in the frequency band F 1 , F 2 of the impedance of the transformer and of the impedance formed by the dielectric plate 6, the inductive parts 8 and the parts 9 of the circular guides are purely reactive and go in reverse depending on the frequency.

En conséquence, conformément à la présente invention et comme déjà mentionné ci-dessus, les dimensions de la lame diélectrique et du guide circulaire ainsi que la hauteur h du transformateur sont déterminées pour que l'impédance du transformateur et celle de l'ensemble constitué par la lame diélectrique et les éléments du guide circulaire se compensent dans la bande de fréquence F,, F 2 de manière à être adapté avec un rapport d'onde stationnaire sensiblement égal à 1 et sans avoir de modes parasites ou "ghost-modes" dans la bande de fréquence FI, F2, comme on peut le voir sur la figure 8 qui représente un diagramme donnant le rapport d'onde stationnaire en fonction de la fréquence dans une fenêtre circulaire conforme à la présente invention.Consequently, in accordance with the present invention and as already mentioned above, the dimensions of the dielectric strip and of the circular guide as well as the height h of the transformer are determined so that the impedance of the transformer and that of the assembly constituted by the dielectric plate and the elements of the circular guide compensate in the frequency band F ,, F 2 so as to be adapted with a standing wave ratio substantially equal to 1 and without having modes parasites or "ghost-modes" in the frequency band F I , F 2 , as can be seen in FIG. 8 which represents a diagram giving the standing wave ratio as a function of the frequency in a circular window conforming to the present invention.

Par ailleurs on signalera que le tronçon de guide circulaire 7 se trouve à la fréquence de coupure. Toutefois, comme la longueur du tronçon de guide circulaire est très faible par rapport à la longueur d'onde électrique λg, il n'y a pas de problème de transmission d'onde.Furthermore, it will be noted that the circular guide section 7 is at the cutoff frequency. However, since the length of the circular guide section is very short compared to the electrical wavelength λg, there is no problem of wave transmission.

Une fenêtre circulaire conforme à la présente invention a été expérimentée sur un guide d'onde de section rectangulaire de dimensions internes 15,80 x 34,85 mm.A circular window in accordance with the present invention was tested on a waveguide of rectangular section with internal dimensions 15.80 x 34.85 mm.

Les dimensions de la fenêtre sont les suivantes :

Figure imgb0003
The dimensions of the window are as follows:
Figure imgb0003

Dans ce cas, le rapport d'onde stationpnaire est de 1,15 dans une bande de fréquence de 5,15 à 8,15 GHz sans mode parasite. La largeur de la bande d'utilisation par rapport à la fréquence centrale a ainsi été portée à 45 %.In this case, the standing wave ratio is 1.15 in a frequency band of 5.15 to 8.15 GHz without parasitic mode. The width of the operating band relative to the central frequency has thus been increased to 45%.

Le premier "ghost-mode" se situe à 8,18 GHz.The first "ghost-mode" is at 8.18 GHz.

On décrira maintenant avec référence à la figure 9 un mode de réalisation pratique d'une fenêtre circulaire conforme à la présente invention.A practical embodiment of a circular window according to the present invention will now be described with reference to FIG. 9.

On réalise tout d'abord le brasage de la lame diélectrique 6 en céramique sur une chemise circulaire 11 en un matériau métallique tel que du cuivre ou métallisé. Pour cela, de manière connue la tranche de la lame diélectrique est tout d'abord métallisée avec une poudre à base de molybdène. La chemise 11 forme aussi la paroi du guide circulaire 7. La chemise 11 est insérée dans un cadre cylindrique 12 de section en coupe en forme de U. Deux pièces de raccordement métalliques 13 sont prévues de chaque côté du cadre 12 pour réaliser le raccordement entre le guide circulaire et le guide d'onde rectangulaire 5 conformément à la présente invention. Les parois latérales internes des pièces de raccordement 13 forment au niveau des grands côtés du guide d'onde rectangulaire les parties selfiques 8.First of all, the ceramic dielectric strip 6 is brazed on a circular jacket 11 made of a metallic material such as copper or metallized. For this, in known manner the edge of the dielectric strip is first of all metallized with a molybdenum powder. The jacket 11 also forms the wall of the circular guide 7. The jacket 11 is inserted into a cylindrical frame 12 of U-shaped cross section. Two metal connection pieces 13 are provided on each side of the frame 12 to make the connection between the circular guide and the rectangular wave guide 5 in accordance with the present invention. The internal lateral walls of the connection pieces 13 form, at the long sides of the rectangular waveguide, the inductive parts 8.

Ces éléments de raccordement 13 sont brasés respectivement sur le cadre 12 et sur les extrémités des deux tronçons de guide rectangulaire 5.These connection elements 13 are brazed respectively to the frame 12 and to the ends of the two sections of rectangular guide 5.

D'autre part,-dans le mode de réalisation représenté le transformateur demi-onde 10 est constitué par deux lames métalliques qui ont été brasées sur l'un des grands côtés du guide d'onde rectangulaire 5.On the other hand, in the embodiment shown, the half-wave transformer 10 is constituted by two metal blades which have been brazed on one of the long sides of the rectangular waveguide 5.

L'ensemble représenté par la figure 9 avec les dimensions citées précédemment permet une très large bande d'utilisation avec une forte puissance en ondes entretenues comme le montre la caractéristique de la figure 8.The assembly represented by FIG. 9 with the dimensions mentioned above allows a very wide band of use with a high power in continuous waves as shown in the characteristic of FIG. 8.

Dans la présente invention, la fenêtre circulaire est utilisée dans un guide d'onde de section rectangulaire. Toutefois les fenêtres circulaires conformes à la présente invention peuvent aussi être utilisées dans des guides d'onde de sections quelconques tels que des guides elliptiques, par exemple.In the present invention, the circular window is used in a waveguide of rectangular section. However, the circular windows according to the present invention can also be used in waveguides of any cross section such as elliptical guides, for example.

Les guides d'onde de la présente invention sont utilisés plus particulièrement dans les équipements de télécommunications par satellites, par exemple, dans les bandes pour "Intelsat".The waveguides of the present invention are used more particularly in satellite telecommunications equipment, for example, in the bands for "Intelsat".

Claims (7)

1. Une fenêtre circulaire pour guide d'onde hyperfréquence constituée par une lame circulaire (6) en un matériau diélectrique montée dans un tronçon de guide circulaire (7) relié de part et d'autre à un guide d'onde (5) fonctionnant dans une bande de fréquence (F,, F2 ) centrée autour d'une fréquence centrale (FO) caractérisée en ce que le diamètre ⌀ de la lame circulaire (6) est identique au diamètre de tronçon de guide circulaire et est choisi pour rejeter les modes parasites ou "ghost-modes" en dehors de la bande de fréquence (F,, F2), en ce que la longueur (L) du tronçon de guide circulaire (7) est choisie pour que la réactance de l'ensemble lame (6) et guide circulaire (7) s'annule pour la fréquence centrale (FO) et en ce qu'elle comporte un transformateur (10) d'impédance demi-onde, la longueur d'onde λ g considérée étant la longueur d'onde électrique correspondant à la fréquence centrale (FO), transformateur dont la hauteur (h) est choisie pour réaliser l'adaptation dans la bande de fréquence de fonctionnement.1. A circular window for microwave waveguide constituted by a circular plate (6) of a dielectric material mounted in a circular guide section (7) connected on either side to a working waveguide (5) in a frequency band (F ,, F2) centered around a central frequency (F O ) characterized in that the diameter ⌀ of the circular blade (6) is identical to the diameter of the section of circular guide and is chosen to reject parasitic modes or "ghost-modes" outside the frequency band (F ,, F 2 ), in that the length (L) of the circular guide section (7) is chosen so that the reactance of the assembly blade (6) and circular guide (7) cancels for the central frequency (F O ) and in that it comprises a transformer (10) of half-wave impedance, the wavelength λ g considered being the electrical wavelength corresponding to the central frequency (F O ), transformer whose height (h) is chosen to carry out the adaptation in the operating frequency band. 2. Une fenêtre circulaire selon la revendication 1 caractérisée en ce que le guide d'onde destiné à recevoir la fenêtre est un guide d'onde de section rectangulaire ou elliptique.2. A circular window according to claim 1 characterized in that the waveguide intended to receive the window is a waveguide of rectangular or elliptical section. 3. Une fenêtre circulaire selon la revendication 2, caractérisée en ce que, dans le cas d'un guide d'onde de section rectangulaire ou inscriptible dans un rectangle, le diamètre (⌀) de la lame (6) de matériau diélectrique est compris entre la dimension a du petit côté du rectange et la dimension b du grand côté du rectangle.3. A circular window according to claim 2, characterized in that, in the case of a waveguide of rectangular section or writable in a rectangle, the diameter (⌀) of the blade (6) of dielectric material is included between dimension a on the short side of the rectangle and dimension b on the long side of the rectangle. 4. Une fenêtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le tronçon de guide d'onde circulaire fonctionne à la fréquence de coupure.4. A window according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the circular waveguide section operates at the cutoff frequency. 5. Une fenêtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le transformateur demi-onde (10) est constitué par deux demi-transformateurs identiques positionnés de part et d'autre du tronçon de guide circulaire (7) dans le guide d'onde (5) et présentant entre leurs deux extrémités les plus éloignées une longueur λ g/2.5. A window according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the half-wave transformer (10) is constituted by two identical half-transformers positioned on either side of the circular guide section (7) in the waveguide (5) and having between their two most distant ends a length λ g / 2. 6. Une fenêtre selon la revendication 5 caractérisée en ce que les deux demi-transformateurs (10) sont réalisées en diminuant symétriquement ou non par rapport au plan médian du guide d'onde (5), la hauteur du guide.6. A window according to claim 5 characterized in that the two half-transformers (10) are produced by decreasing symmetrically or not with respect to the median plane of the waveguide (5), the height of the guide. 7. Une fenêtre selon la revendication 5 caractérisée en ce que les deux demi-transformateurs (10) sont réalisées en rapportant une plaque métallique sur au moins l'un des grands côtés du guide.7. A window according to claim 5 characterized in that the two half-transformers (10) are produced by fitting a metal plate on at least one of the long sides of the guide.
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