EP0192186B1 - Duplexeur de polarisations - Google Patents

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EP0192186B1
EP0192186B1 EP19860101801 EP86101801A EP0192186B1 EP 0192186 B1 EP0192186 B1 EP 0192186B1 EP 19860101801 EP19860101801 EP 19860101801 EP 86101801 A EP86101801 A EP 86101801A EP 0192186 B1 EP0192186 B1 EP 0192186B1
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EP
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frequency
fundamental mode
filter
waveguide
orthogonal
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EP19860101801
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EP0192186A1 (fr
Inventor
Régis Lenormand
Philippe Gourlain
Jacques Morel
Bernard Theron
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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
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/213—Frequency-selective devices, e.g. filters combining or separating two or more different frequencies
    • H01P1/2131—Frequency-selective devices, e.g. filters combining or separating two or more different frequencies with combining or separating polarisations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/16—Auxiliary devices for mode selection, e.g. mode suppression or mode promotion; for mode conversion
    • H01P1/161—Auxiliary devices for mode selection, e.g. mode suppression or mode promotion; for mode conversion sustaining two independent orthogonal modes, e.g. orthomode transducer

Definitions

  • the present invention relates to a device making it possible to extract or excite the two orthogonal components of the fundamental mode propagating in a waveguide without affecting the other frequency bands which can also propagate therein.
  • the orthomode type duplexer which comprises a main guide, in the axis of which is placed a short-circuit blade, and another guide, called parallel access guide, orthogonal to the first and placed in a critical position with respect to this short circuit blade.
  • This very conventional device has the drawback of being limited to the use of a single frequency or frequency band, since the other frequencies or frequency bands cannot be propagated beyond this device.
  • a duplexing device is also known, as described in European patent application No. 98192, which comprises a main guide transporting both the frequency or frequency band to be multiplexed and other frequency bands, in particular a band of higher frequencies, and two access guides orthogonal to the main guide and orthogonal to each other which are coupled to the main guide by slots provided with resonators.
  • the access guides are not coplanar and are associated with short-circuit devices placed in the main guide and which are constituted by quasi-optical filters.
  • the use of these quasi-optical filters in this kind of device has the disadvantage of requiring a study and a rather delicate development.
  • this kind of filter is not a material which can be directly embarked on a satellite.
  • this type of device uses resonators, placed at the location of each of the coupling slots, which are also delicate and empirical focusing elements and which, because they are liable to break under the influence of vibrations, are hardly conceivable for the production of on-board equipment on satellite.
  • the present invention relates to a device as defined above which does not have the drawbacks of the devices known hitherto.
  • a device is particularly well suited to withstand the mechanical stresses required by boarding a satellite and it also makes it possible, by cascading several devices of this type, to excite or extract several frequencies. or frequency bands.
  • the invention therefore relates to a device according to claim 1.
  • the reference 1 designates what will be called the main guide, which in this example is a circular guide whose fundamental mode corresponds to the frequency of 19 Gigahertz, for example.
  • the upstream part of the guide 1, on the left in the figure, is connected in a manner not shown, but known per se, to a radiating element such as a horn equipping an antenna on board a telecommunications satellite.
  • the downstream part of the guide 1 is extended, by means of a conical transition 2, by another circular guide 3 whose fundamental mode corresponds to a frequency higher than that of the guide 1, for example 28 Gigahertz to fix the ideas.
  • the transition 2 is equivalent, for the fundamental mode of the guide 1, to a short circuit situated in a fictitious short-circuit plane 4.
  • the transition 2 could be abrupt instead of conical, or could be replaced by an equivalent device creating a fictitious short-circuit plan, such as a cavity device (s).
  • two access guides (5, 6) coplanar in the example considered, orthogonal to each other and orthogonal to the main guide 1, rectangular in this example, and operating at the same frequency as the main guide 1, are each coupled to said main guide 1 by a resonant slot respectively (7 and 8 respectively).
  • each guide (5 or 6) is connected to the associated resonant slot (7 or 8) by means of a filter (respectively 9 and 10).
  • Each filter (9 or 10) is, in the example considered, a low-pass filter which cuts all the frequencies higher than that corresponding to said fundamental mode of guide 1, that is to say 19 Gigahertz.
  • this filter is conventionally dimensioned so as to substantially reduce, on the associated coupling slot, 7 or 8, a short circuit for all the frequencies above the frequency considered, from 19 Gigahertz in our example.
  • a corrugated filter widely used in this technique.
  • From the receiving aerial for example, arrive on the one hand two waves of orthogonal polarizations at the frequency of 19 Gigahertz and, on the other hand, two waves of orthogonal polarizations at the frequency of 28 Gigahertz.
  • the waves at the lower frequency that is to say 19 Gigahertz, propagate in the circular guide 1 according to its fundamental mode and according to two orthogonal polarizations.
  • the first polarization is located in the plane of the figure and the second polarization is perpendicular to this plane.
  • the part of the two waves at 19 Gigahertz frequency which is not directed towards the guides 5 and 6 continues to propagate in the guide 1, then in the first part of the transition 2, in which it is reflected at the location of the short-circuit plane 4, to return to the coupling slots 7 and 8 which then direct them towards the guides 5 and 6, as explained previously.
  • the part of the wave, moreover negligible in practice, which is not directed at this time towards the guides 5 and 6, is then reflected towards the radiating element.
  • the distance between the short-circuit plane 4 and the radiating slots 7 and 8 is conventionally adjusted so that a maximum of reflected waves is absorbed by the access guides 5 and 6.
  • the two orthogonal waves whose frequency (28 Gigahertz) is greater than the frequency of the fundamental mode of the guide 1 propagate in this guide 1 without being derived by the couplers 6 and 7, which occur elsewhere, vis-à-vis of this frequency, like short circuits, then in transition 2, to continue their route in guide 3 towards a possible second separation device similar to that which has just been described.
  • the two access guides 5 and 6 are coplanar. It is obvious that the device would work the same if one of the access guides, 5 or 6, was located, upstream from the other, at a distance from the latter equal to one or more times half wavelength corresponding to the fundamental mode of guide 1.
  • the device which has just been described is susceptible of a certain number of interesting applications.
  • This allows, in the case where one receives in the main guide 1 a wave with circular polarization, to obtain at the opposite input of said coupler the corresponding linear polarization, and vice versa in the case of emission.
  • a polarizer has thus been formed without intervening on the main guide 1.
  • This same device envisaged only at reception, also makes it possible to obtain a constant reception level whatever the direction of linear polarization received.

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  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Description

  • La présente invention se rapporte à un dispositif permettant d'extraire ou d'exciter les deux composantes orthogonales du mode fondamental se propageant dans un guide d'ondes sans affecter les autres bandes de fréquences pouvant également s'y propager.
  • En matière de duplexeur de polarisations, on connaît le duplexeur de type orthomode qui comporte un guide principal, dans l'axe duquel est placée une lame de court-circuit, et un autre guide, dit guide d'accès parallèle, orthogonal du premier et placé dans une position critique par rapport à cette lame de court-circuit. Ce dispositif très classique présente l'inconvénient d'être limité à l'utilisation d'une seule fréquence ou bande de fréquences, étant donné que les autres fréquences ou bandes de fréquences ne peuvent pas se propager au-delà de ce dispositif.
  • On connaît par ailleurs un dispositif de duplexage, tel que décrit dans la demande de brevet européen n° 98192, qui comporte un guide principal transportant aussi bien la fréquence ou bande de fréquences à multiplexer que d'autres bandes de fréquences, en particulier une bande de fréquences supérieure, et deux guides d'accès orthogonaux au guide principal et orthogonaux entre eux qui sont couplés au guide principal par des fentes garnies de résonateurs.
  • Dans ce mode de réalisation, les guides d'accès ne sont pas coplanaires et sont associés à des dispositifs de court-circuits placés dans le guide principal et qui sont constitués par des filtres quasi-optiques. L'utilisation de ces filtres quasi-optiques dans ce genre de dispositif présente l'inconvénient de nécessiter une étude et une mise au point assez délicate. Par ailleurs, ce genre de filtre n'est pas un matériel qui puisse être directement embarqué sur un satellite.
  • Par ailleurs, ce genre de dispositif utilise des résonateurs, placés à l'endroit de chacune des fentes de couplage, qui sont également des éléments de mise au point délicate et à caractère empirique et qui, du fait qu'ils sont susceptibles de se briser sous l'influence des vibrations, sont difficilement concevables pour la réalisation d'un matériel embarqué sur satellite.
  • La présente invention concerne un dispositif tel que ci-dessus défini qui ne présente pas les inconvénients des dispositifs connus juqu'alors. En particulier, un tel dispositif est particulièrement bien adapté pour supporter les contraintes mécaniques nécessitées par un embarquement sur satellite et il permet par ailleurs, par mise en cascade de plusieurs dispositifs de ce type, de réaliser l'excitation ou l'extraction de plusieurs fréquences ou bandes de fréquences.
  • L'invention se rapporte donc à un dispositif selon la revendication 1.
  • L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'un exemple de réalisation, en référence à la figure unique annexée qui représente schématiquement, et en vue latérale, un dispositif d'excitation et d'extraction des deux composantes orthogonales du mode fondamental se propageant dans un guide.
  • Sur la figure, la référence 1 désigne ce que l'on conviendra d'appeler le guide principal, qui est dans cet exemple un guide circulaire dont le mode fondamental correspond à la fréquence de 19 Gigahertz, par exemple. La partie amont du guide 1, à gauche sur la figure, est connectée de manière non représentée, mais connue en soi, à un élément rayonnant tel qu'un cornet équipant une antenne embarquée sur un satellite de télécommunications. La partie aval du guide 1 se prolonge, par l'intermédiaire d'une transition cônique 2, par un autre guide circulaire 3 dont le mode fondamental correspond à une fréquence supérieure à celle du guide 1, par exemple 28 Gigahertz pour fixer les idées. De manière connue en soi, la transition 2 est équivalente, pour le mode fondamental du guide 1, à un court-circuit situé dans un plan de court-circuit fictif 4. Bien évidemment, la transition 2 pourrait être abrupte au lieu de cônique, ou pourrait être remplacée par un dispositif équivalent créant un plan fictif de court-circuit, tel qu'un dispositif à cavité(s).
  • Conformément à l'invention, deux guides d'accès (5, 6) coplanaires dans l'exemple considéré, orthogonaux entre eux et orthogonaux au guide principal 1, rectangulaires dans cet exemple, et fonctionnant à la même fréquence que le guide principal 1, sont chacun couplés audit guide principal 1 par respectivement une fente résonnante (respectivement 7 et 8). Comme on le voit sur le dessin, chaque guide (5 ou 6) est connecté à la fente résonnante (7 ou 8) associée par l'intermédiaire d'un filtre (respectivement 9 et 10). Chaque filtre (9 ou 10) est, dans l'exemple considéré, un filtre passe-bas qui coupe toutes les fréquences supérieures à celle correspondant audit mode fondamental du guide 1, c'est-à-dire 19 Gigahertz. Par ailleurs, ce filtre est classiquement dimensionné de manière à ramener substantiellement, sur la fente de couplage associée, 7 ou 8, un court-circuit pour toutes les fréquences supérieures à la fréquence considérée, de 19 Gigahertz dans notre exemple. Par exemple, on utilisera un filtre corrugué, bien répandu dans cette technique.
  • Le fonctionnement du dispositif qui vient d'être décrit est le suivant:
  • En provenance de l'aérien de réception arrivent par exemple, d'une part deux ondes de polarisations orthogonales à la fréquence de 19 Gigahertz et, d'autre part, deux ondes de polarisations orthogonales à la fréquence de 28 Gigahertz. Les ondes à la fréquence inférieure, c'est-à-dire 19 Gigahertz, se propagent dans le guide circulaire 1 selon son mode fondamental et selon deux polarisations orthogonales. Par exemple, la première polarisation est située dans le plan de la figure et la seconde polarisation est perpendiculaire à ce plan.
  • Au moment où ces ondes orthogonales à fréquence 19 Gigahertz arrivent au niveau des deux fentes de couplage 7 et 8, une première partie de celles-ci est dérivée, par les fentes de couplage 7 et 8, vers les filtres 9 et 10 respectivement, et donc les guides d'accès 5 et 6 respectivement. Dans l'exemple considéré, l'onde de polarisation située dans le plan de la figure est partiellement dirigée vers le guide 6 à travers la fente résonnante 8 dimensionnée pour résonner à la fréquence considérée de 19 Gigahertz. De même, l'onde de polarisation orthogonale au plan de la figure se dirige partiellement, de la même façon, vers le guide 5.
  • La partie des deux ondes à fréquence 19 Gigahertz qui n'est pas dirigée vers les guides 5 et 6 continue à se propager dans le guide 1, puis dans la première partie de la transition 2, dans laquelle elle se réfléchit à l'endroit du plan de court-circuit 4, pour revenir vers les fentes de couplage 7 et 8 qui les dirigent alors vers les guides 5 et 6, comme expliqué précédemment. La partie de l'onde, d'ailleurs négligeable dans la pratique, qui n'est pas dirigée à ce moment-là vers les guides 5 et 6, est alors réfléchie vers l'élément rayonnant.
  • Bien évidemment, la distance entre le plan de court-circuit 4 et les fentes rayonnantes 7 et 8 est ajustée classiquement de manière à ce qu'un maximum d'ondes réfléchies soit absorbé par les guides d'accès 5 et 6.
  • Les deux ondes orthogonales dont la fréquence (28 Gigahertz) est supérieure à la fréquence du mode fondamental du guide 1 se propagent dans ce guide 1 sans être dérivées par les coupleurs 6 et 7, qui se présentent d'ailleurs, vis-à-vis de cette fréquence, comme des court-circuits, puis dans la transition 2, pour continuer leur route dans le guide 3 vers un éventuel second dispositif de séparation semblable à celui qui vient d'être décrit.
  • On remarquera avec intérêt que les ondes à fréquence supérieure (28 Gigahertz dans l'exemple considéré) se propagent dans le guide 1 sans être substantiellement affectées par la présence des fentes 7 et 8, qui, du fait qu'elles forment court-circuit pour ces fréquences-là, n'ont pratiquement pas d'existence du point de vue électrique.
  • Dans l'exemple considéré, les deux guides d'accès 5 et 6 sont coplanaires. Il est bien évident que le dispositif fonctionnerait de même si l'un des guides d'accès, 5 ou 6, était situé, en amont de l'autre, à une distance de celui-ci égale à une ou plusieurs fois la demi-longueur d'onde correspondant au mode fondamental du guide 1.
  • Il est bien connu de l'homme de l'art que le découplage entre deux accès coplanaires n'est jamais supérieur à 25dB. Dans le cas où un découplage supérieur est nécessaire, l'un des accès est alors décalé d'une demi-longueur d'onde guidée. La performance de découplage est ainsi améliorée (40dB).
  • Le dispositif qui vient d'être décrit est susceptible d'un certain nombre d'applications intéressantes. Par exemple, il est possible de coupler les entrées 11 et 12 des guides d'accès 5 et 6, c'est-à-dire les entrées situées à l'opposé des fentes de couplage 7 et 8, aux deux sorties d'un coupleur hybride 3dB. Ceci permet, dans le cas où l'on reçoit dans le guide principal 1 une onde à polarisation circulaire, d'obtenir à l'entrée opposée dudit coupleurla polarisation linéaire correspondante, et vice-versa dans le cas de l'émission. On a ainsi constitué un polariseur sans intervenir sur le guide principal 1. Ce même dispositif, envisagé uniquement à la réception, permet également d'obtenir un niveau de réception constant quelle que soit la direction de polarisation linéaire reçue.

Claims (6)

1. Dispositif permettant d'extraire ou d'exciter les deux composantes orthogonales du mode fondamental pouvant se propager dans un guide d'ondes à une fréquence ou bande de fréquences donnée, du type comportant un guide principal (1) correspondant audit mode fondamental, qui se prolonge, par l'intermédiaire d'une transition (2) équivalente, pour le mode fondamental du guide principal, à un court-circuit dans un plan de court-circuit fictif (4), par un autre guide circulaire (3) de plus faibles dimensions transversales dont le mode fondamental correspond à une fréquence supérieure à celle du guide principal (1), et deux guides d'accès (5, 6) orthogonaux au guide principal et orthogonaux entre eux, chacun de ces guides d'accès (5, 6), couplé au guide principal (1) par une simple fente résonnante (7, 8) étant connecté à la fente résonnante (7, 8) correspondante par un filtre (9, 10) destiné à sélectionner ladite fréquence ou bande de fréquences, caractérisé en ce que chaque filtre est un filtre corrugué (9, 10) construit de manière à ramener substantiellement sur la fente résonnante correspondante (7, 8) un court-circuit pour les fréquences extérieures à ladite fréquence ou bande de fréquences.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les guides d'accès (5, 6) sont coplanaires.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les guides d'accès (5, 6) sont distants d'un multiple de la demi-longueur d'onde correspondant au mode fondamental du guide principal (1).
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque filtre (9, 10) est un filtre passe-bas.
5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la transition (2) est de forme conique.
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un coupleur hybride ayant chacune de ses sorties couplées respectivement aux sorties (11, 12) desdits guides d'accès (5, 6).
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